Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
Предисловие
Электроника продолжает оставаться одним из увлекательных занятий в свободное время. Волна компьютеризации нисколько не уменьшила число радиолюбителей в ФРГ, их, пожалуй, стало даже больше в последние годы.
Однако интерес к конструированию различных электронных устройств должен обеспечиваться возможностью приобрести нужные комплектующие детали соответствующего качества. Наряду с подробным описанием монтажной схемы любителю-конструктору требуются спецификация, сведения о стоимости деталей, топологические чертежи печатных плат. Часто затраты на изготовление электронного прибора или устройства оказываются весьма значительными. Решающими в такой ситуации оказываются форма, качество и свойства прибора, которые удовлетворяют лично вас.
При выборе схемы прежде всего нужно обратить внимание на область ее применения. Это относится как к электронному управлению моделями, так и к устройствам с солнечными элементами, которые можно считать прообразом энергетики будущего.
Все описанные в книге схемы разработаны в лаборатории издательства Franzic, многократно испытаны и описаны в материалах ELO. Схемы собраны из стандартных элементов и тщательно отлажены.
Ориентированная на начинающих радиолюбителей книга, возможно, заинтересует и специалистов.
Хеннинг Крибелъ
Глава 1. РАДИОТЕХНИКА
Детекторный приемник средневолнового диапазона с двухкаскадным усилителем звуковой частоты
В приемнике прямого усиления в качестве детектора можно использовать старый кристаллический (полупроводниковый) детектор. Для этой цели часто применяются дешевые германиевые диоды. На рис. 1.1 приведена усовершенствованная схема детекторного приемника.
Свою энергию ’^детектор” получает от антенны, выполненной по возможности из длинного привода. Раньше все антенны выполнялись в такой форме. Известно, что детекторный приемник должен быть заземлен. В большинстве случаев для этого используется водопроводная линия — лучше система отопления. С помощью колебательного контура, образованного катушками Wp Wj и конденсатором с переменной емкостью С1, осуществляется выделение сигналаместнойрадиостанции из средневолнового ’Палата”.В некоторых случаях возможен прием еще одной радиостанции. С помощью детекторного каскада на германиевом диоде GD происходит выделение колебаний звуковой частоты. Резистор R1 замыкает цепь тока диода, иначе ток в цепи протекать не может.
Без усиления не обойтись. Конденсатор СЗ отделяет цепь детектора от усилителя звуковой частоты. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора поступает через этот конденсатор в схему, а постоянное напряжение не проходит в нее. Это очень важно, потому что рабочая точка полевого транзистора Т1 устанавливается с помощью резисторов R2, R3 и R5. Поскольку полевые транзисторы характеризуются значительным разбросом своих параметров, по мере необходимости следует изменить значение сопротивления резистора R5, если измеренное на стоке П напряжение не превышает по крайней мере на 1 В измеренное на-
АнтеннаАнтеннаR2 ЮМR2 ЮМА оА о।।55ги2ги2хи,хи,**ггТ1ОНТ1ОН55^Цуззо^Цуззо1/?3П/м1/?3П/м/и/иСЧ^22 мкСЧ^22 мк~ Настраивав|емый контур Вч\Детектор\~ Настраивав|емый контур Вч\Детектор\С5С5110,68 мк0,68 мкRA6,8 кRA6,8 кR7 , 1,2к Я9 1МR7 , 1,2к Я9 1МТ2Т2C8+L100 мкC8+L100 мк[ R5 СБ ^3,9 к 22мк[ R5 СБ ^3,9 к 22мкНс или. тель нчНс или. тель нчR8680R8680■О + 1/g9В5 мА■О + 1/g9В5 мА■ОО■ОО
Антенна
Антенна
R2 ЮМ
R2 ЮМ
А о
А о
।
।
5
5
ги2
ги2
хи,
хи,
*
*
г
г
Т1
ОН
Т1
ОН
5
5
^Цуззо
^Цуззо
1/?3
П/м
1/?3
П/м
/и
/и
СЧ^
22 мк
СЧ^
22 мк
~ Настраивав|
емый контур Вч\Детектор\
~ Настраивав|
емый контур Вч\Детектор\
С5
С5
1
1
0,68 мк
0,68 мк
RA
6,8 к
RA
6,8 к
R7 , 1,2к Я9 1М
R7 , 1,2к Я9 1М
Т2
Т2
C8+L
100 мк
C8+L
100 мк
[ R5 СБ ^
3,9 к 22мк
[ R5 СБ ^
3,9 к 22мк
Нс или. тель нч
Нс или. тель нч
R8680
R8680
■О + 1/g9В
5 мА
■О + 1/g9В
5 мА
■ОО
■ОО
Рис. 1.1. Усовершенствованная схема детекторного приемника
Рис. 12. Печатная плата детекторного приемника (а) и его монтажная схема (6)
пряжение на его истоке. В противном случае полевой транзистор может оказаться в закрытом состоянии.
С выхода полевого транзистора сигнал поступает через разделительный конденсатор С5 на базу транзистора Т2 п-р-п-типа. Рабочая точка этого транзистора устанавливается с помощью резистора R6. Для исключения (или по крайней мере ослабления) отрицательной обратной связи, уменьшающей коэффициент усиления, параллельно резистору R8 включен конденсатор С6.
Коллекторный ток транзистора Т2 создает падение напряжения на резисторе R7. Усиленный сигнал звуковой частоты поступает на головные телефоны через разделительный конденсатор С7, При выборе головных телефонов предпочтение следует отдавать высокоомным приборам (600 Ом). Лучше всего для этой цели подходят пьезоэлектрические телефоны.
В том случае, если вы собираете приемник только в одном экземпляре, можно использовать плату с равномерно расположенными отверстиями, в которые затем вставляются и припаиваются конструктивные элементы (рис. 1.2).
После окончания монтажа к плате подключают источник питания (батарею), антенну, заземление и медленно поворачивают подвижную часть пластин конденсатора переменной емкости. Если схеыв приемника собрана правильно, то можно уверенно что-нибудь услышать, пусть даже только помехи. С помощью портативного радиоприемника всегда можно проверить положение местной передающей радиостанции. В случае слабой слышимости следует предположить, что используемая антенна является слишком короткой или неправильно подсоединены выводы катушки.
Частота
UtT+8B
4
Юк
Напряжение 3 настройки
Юк ЮОн
Н
1 &
2 о-
1к
ЮОн
ЮОн
ЮОн
ЮОн
4,7 к
ЮОн
2700м
Блок ПЧ
Кб
X) 150 мкА
4,7к ЮОн
Ls „ЛБОМ
6 о +12..Л4 В
Громкость
Усилитель НЧ
Пик *'7МК
IOOh
I FTU3110
Leeeeeiir Истом " I
°тпнТ
Подключениек частотомеру
Блок ВЧ
100 н
2СА 3083
34Л4 15 13 12
Р1Вт(4 Ом)
Рис. 1.3. Схема малогабаритного приемника УКВ-диапазона
Миниатюрный приемник для УКВ диапазона
Кто имеет дело с ВЧ-техникой, тот знает, что фирме Toko предлагает готовые ВЧ-блоки, с помощью которых можно построить без особых проблем приемник УКВ-диапазона. Это объясняется тем, что на плате настраивается только одна катушка. Кроме того, приемник может работать в автомобиле при использовании источника питания с напряжением от 12 до 14 В.
Готовый аналоговый модуль FTU 3110 содержит предварительный усилитель ВЧ, гетеродин, смеситель, пьезокерамический фильтр промежуточной частоты (ПЧ) и первый усилитель ПЧ (рис. 1 j).
На вывод 2 модуля подается сигнал генератора, равный примерно 100 мВ для управления, например, частотомером с цифровой индикацией. Настройка модуля осуществляется с помощью десятиоборотного потенциометра, который позволяет получить от стабилизированного источника питания 8 В с использованием соответствующих добавочных резисторов необходимое регулировочное напряжение от 1,5 до 7 В.
Преобразовательный каскад на интегральной схеме ОС). Блок ПЧ выполнен на ЧМ—ПЧ-схеме. Эта интегральная схема содержит УПЧ, демодулятор, амплитудный детектор и схему бесшумной настройки.
К регулятору громкости
Рис. 1.4. Печатная плата приемника УКВ-диапазона (а) и его монтажная схема (б)
Из блока ВЧ сигнал поступает через демпфирующий элемент на IC, далее проходит усилитель-ограничитель и, наконец, он попадает на демодулятор. К точке 5 схемы позднее подключается измерительный прибор, поскольку ее настраивать значительно легче, если имеется индикация напряженности поля.
Настройка без шума. ПЧ-схема обладает другой интересной особенностью - возможностью бесшумной настройки. Эта схема позволяет исключить шум на выходе звуковой частоты, когда отсутствует входной сигнал. При необходимости ее можно выключить путем замыкания на корпус вывода 5 интегральной схемы СА 3089. Цепь демодулятора Ф1 в блоке ПЧ является единственной цепью, которую следует настраивать после окончания монтажа всей платы.
Усиление звуковой частоты. Интегральная схема LM 380 представляет собой интегральный усилитель звуковой частоты с фиксированным усилением. Из схемы видно, что для усилителя звуковой частоты требуется минимум внешнего монтажа.
Цепь RC, составленная из последовательно включенных резистора сопротивлением 2,7 Ом и конденсатора емкостью 100 нФ, должна предотвратить попадание колебаний ВЧ-усилителя на выход усилителя звуковой частоты. При полностью включенном регуляторе громкости выходная мощность усилителя составляет 4 Вт на нагрузке 4 Ом.
Теперь можно начинать сборку станы. Все элементы размещаются на небольшой плате размером 50 х 100 мм. Печатная плата и соответствующая монтажная схема приемника приведены на рис. 1.4. При впаивании элементов в плату следует обращать внимание лишь на правильную полярность включения обоих электролитических конденсаторсе. Внешние элементы, например потенциометры, подсоединяются к плате позднее.
Затем к схеме подается постоянное напряжение 12 В н измеряется потребляемый ток. Он должен составлять примерно 100 мА. На регуляторе напряжения 8 В проверяется имеющееся напряжение и после этого отсоединяется приемник от источника питания 12 В. Далее припаиваются громкоговоритель, измерительный прибор, антенна, потенциометрический регулятор и потенциометр для регулировки громкости.
Настройка приемника. Кто уже имел дело с трудностями, возникающими пр н настройке приемников, тот сразу обратит внимание на то, что в этом случае настройка происходит весьма быстро и просто. Вывод 5 IC СА 3089 присоединяется к корпусу прибора, а в качестве антенны достаточно иметь короткий отрезок провода. Затем настраиваются на слабый передатчик н с помощью контура Ф1 (рис. 1.3) добиваются максимальной громкости н минимального коэффициента нелинейных искажений. Те, у кого в распоряжении имеется генератор качающейся частоты, могут, конечно, настроить и характеристику дискриминатора.
В этом случае измерение выполняют в точке А потенциометра регулятора громкости. При желании плату н наружный монтаж можно разместить в корпусе, а приемник снабдить самодельной шкалой. Тросик шкалы вместе с принадлежностями можно соединить с осью десятиоборотного потенциометра без особых проблем.
Итак, теперь остается пожелать вам только хорошего приема и веселых ритмов.
Глава 2. ЗВУКОТЕХНИКА
Акустическая система для юниоров
Хотя мы назвали рассматриваемую акустическую систему системой для начинающих, чтобы показать нашим юным читателям, как и за какие относительно небольшие средства можно ее самому построить, по своим возможностям она может не уступать и гораздо более дорогим системам. Речь идет об акустической системе фирмы Visaton.
Звуковые волны распространяются в виде сферических колебаний с одинаковой.интен- сивностью, если они исходят от точечного источника звука и ведут себя, следовательно, не иначе как волны, образующиеся на поверхности воды от камешка, брошенного в воду. Звуковые волны представляют собой колебания давления в упругой среде, что, впрочем, снова вполне соответствует приведенной выше аналогии, поскольку в основном колебания давления возникают под водой. Эти колебания образуют волны на поверхности, т. е. на границе раздела вода — воздух. Для образования таких волн необходимо вывести, например, путем удара из своего состояния равновесия отдельные молекулы среды, которая может находиться в газообразном, жидком или твердом состоянии. Причем в этом случае они выполняют периодические колебательные движения в прямом и обратном направлениях относительно их положений равновесия (рис. 2.1).
Колебания в воздухе называются звуком, распространяющимся в воздухе, а колебания в пределах твердых тел — звуком, распространяющимся в твердых телах. Для жидкостей не существует специального названия, но любой водолаз может подтвердить, что под во-
Колеблющееся молекулы воздуха
е•••••••••••••е^е•••••••••••••е•
•••••••••••••е ее••••••••••••••
•••••••••••••• ••••••••••••••••
Рис. 2.1. Образование звуковой волны
Рис. 2.2. Дискретный частотный спектр звука (наверху) и непрерывный частотный спектр шума
дой также слышны шумы, которые, правда, распространяются там со скоростью больше 1400 м/с, что в несколько раз превышает скорость распространения звука в воздухе (343 м/с).
Ухо человека может воспринимать только тогда колебания давления воздуха, когда они изменяются в интервале от 20 до 20 000 колебаний в секунду. Впрочем, с возрастом воспринимаемая ухом человека максимальная частота звуковых колебаний всегда становится ниже. Число изменений колебаний в секунду называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Эта единица измерения и будет использоваться в книге при дальнейшем изложении материала.
Чистый тон представляет собой звук, который состоит из колебания с одной-единствен- ной частотой, и, наоборот, существует звук, состоящий из нескольких тонов. Шум можно представить как сложное колебание, образованное из волн с различными частотами. При звучании отдельные тона, образующие звук, находятся в целочисленном отношении. Причем число и интенсивность этих обертонов характерно для определенного музыкального инструмента или голоса (тембр). У шумов такие закономерности не наблюдаются (рис. 2.2).
Для количественного определения звука необходимо выбрать еще единицу его интенсивности: Н/м2. Наше ухо может воспринимать звуковые давления в диапазоне от 2 • КГ5 до 20 Н/м2. Поскольку этот интервал изменения воспринимаемого ухом звукового давления слишком велик и охватывает шесть порядков, то для этого случая ввели понятие с логарифмическим отношением — децибел (дБ). Уровень звука 2 • 10‘5 Н/м2 соответствует 0 дБ, а 20 Н/м2 составляет 120 дБ. Последнее значение определяет также границу болевого ощущения, которая нередко превышается на рокконцертах.
Рис. 23. Кривые порогов слышимости и болевого ощущения:
1 — граница болевого ощущения
Наше ухо слышит ие все тона одинаковым образом. Низкие тона н особенно высокие ухо слышит хуже. Лучше всего оно воспринимает тона в диапазоне от 700 до 6000 Гц, а максимальная чувствительность соответствует примерно 4000 Гц (рнс. 23^. При очень низких уровнях звука низкие и высокие тона для уха теряются. Поэтому при прослушивании тихой музыки предельные высокие и низкие звуки усиливают с помощью усилителя.
Волны отражаются от препятствий, например от стен. Затем они встречаются и образуг ют так называемые стоячие волны в том случае, если их размеры находятся относительно Друг друга в целочисленном отношении.
Точечными считаются такие источники звука, у которых отношение излучаемой длины волны к их размерам очень велико. Речь здесь идет о громкоговорителях для воспроизведения низких частот. У них прн диаметре мембраны 30 см излучаются звуковые колебания с длиной волны 10 м (30 Гц). Однако при этом громкоговоритель для воспроизведения высоких частот не может рассматриваться в качестве излучателя сферических волн, поскольку в этом случае, например, частоте 10 кГц соответствует длина волны 43 см.
Громкоговорители преобразуют электрическую энергию в энергию звуковых колебаний. В основе такого преобразования уже многие годы лежат законы электродинамики. Большинство громкоговорителей, которые используются также в описываемой акустической системе, работают как электродинамические (рис. 2.4, а). При этом через проводник, намотанный в виде размещенной в кольцевом постоянном магнитном поле катушки, протекает переменный ток звуковой частоты.
Переменная сила, возникающая прн этом, вызывает колебания с частотой тока подвижной системы. Мембрана, с помощью которой образуется звук, и подвижная катушка образуют колебательную систему, которая после возбуждения совершает колебания на резонансной частоте. Резонансная частота громкоговорителя тем выше, чем легче катушка. Эти резонансные колебания, конечно, только мешают, потому что к фактически передаваемому импульсу (звуковому тону) добавляется тон, который, например, в музыке вообще не существовал. Кроме того, частоты вблизи резонанса воспроизводятся особенно громко и, следовательно, воспроизведение звука становится также неестественным. Таким образом, резонансная частота также искажает частотную характеристику громкоговорителя.
Как и во всех отдельных компонентах электроакустической цепи передачи (к которым относятся, например, микрофон, микщерный пульт, магнитофон, проигрыватель, кассетный рекордер, усилитель), частотная характеристика по возможности должна быть линей-
Рис. 2.4. Принцип действия электродинамического громкоговорителя (а) и корпус для громкоговорителя, улучшающий воспроизведение низких частот (б):
1 — магнитные силовые линии; 2 — звуковая катушка; 3 — кольцевой магнит
ной, т. е. громкоговоритель должен воспроизводить все частоты от 20 до 20 000 Гц. Иными словами, в диапазоне звуковых частот не должно быть выделенных частот. У громкоговорителей это не так просто реализовать по сравнению, скажем, с усилителями и особенно в области низких звуковых частот. К счастью, нормальной работе прибора способствуют следующие два обстоятельства. Во-первых, частоты ниже 40 Гц у музыкальных инструментов встречаются крайне редко (только у больших церковных органов). Во-вторых, человек может не воспринимать довольно большие искажения на низких частотах.
Несмотря на это, все-таки остается проблема ограничения резонансных колебаний до допустимых значений. Эти колебания можно ограничить различными способами: в самом громкоговорителе, в акустической системе и/или с помощью электронных средств.
Демпфирование колебаний, правда, также отрицательно сказывается на частотной характеристике в ее нижней области. Причем сильное деыпфирование сдвигает нижнюю граничную частоту вверх: следовательно, более низкие звуковые частоты в этом случае воспроизводятся гораздо хуже.
Но громкоговоритель не может воспроизводить все высокие частоты звукового диапазона. У динамических громкоговорителей, представляющих для нас особый интерес, частотная характеристика снова спадает в области высоких звуковых частот. Поэтому в акустической системе устанавливают несколько громкоговорителей, которые выделяют с помощью электрических фильтров соответствующие области звуковых частот.
Акустическая система для начинающих состоит из одного динамического громкоговорителя для воспроизведения низких частот и одного Громкоговорителя с полусферической мембраной для воспроизведения высоких частот. Мембрана в последнем имеет относительно небольшие размеры, что обеспечивает большой угол излучения и хорошую импульсную характеристику прибора.
В настоящее время акустические системы в большинстве случаев выполняются в виде замкнутых корпусов. Они являются, так сказать, ’’складывающейся” звуковой стенкой и сами по себе представляют идеальную среду для установки громкоговорителей, особенно предназначенных для воспроизведения низких частот. Почему звуковая стенка! Если мембрана громкоговорителя смещается, например, вперед, то тогда воздух впереди нее сжимается, н на задней стороне возникает разрежение.
Только при низких тонах воздух имеет достаточно времени для выравнивания зоны разрежения на задней стороне мембраны за счет уплотненного воздуха на ее передней стороне. Речь идет об акустическом коротком замыкании. Теперь становится понятным введенное понятие звуковой стенки. Дело в том, что она должна обладать такими размерами, чтобы соответствующие наиболее длинным волнам тоны не имели времени для процесса выравнивания давления звука. А большие звуковые стенки для нас, обычных потребителей, оказываются, к сожалению, нереализуемыми.
Итак, ’Захлопнем” звуковую стенку и прежде всего сделаем замкнутой акустическую систему. На акустическое короткое замыкание теперь можно совершенно не обращать внимание. Вместо этого воздух теперь сжимается в корпусе, и тем больше, чем меньше объем корпуса. В результате образуется воздушный демпфер для низкочастотной головки, который повышает резонансную частоту по отношению к резонансной частоте ’’открытого воздуха”. Низкие частоты больше не излучаются. Теперь совершенно ясно, что чем больше акустическая система, тем лучше воспроизводятся басы.
В последнее время для громкоговорителей разработан специальный корпус, улучшающий воспроизведение низких частот. Описываемая конструкция акустической системы построена по этому принципу. Воздушный демпфер действует, как уже упоминалось, в качестве пружины, а колеблющееся количество воздуха в трубе представляется в виде массы (рис. 2.4, б). После возбуждения извне система совершает колебания с определенной резонансной частотой.
Если воздух распространяется от трубы внутрь, то там образуется избыточное давление, которое сразу же выравнивается благодаря встречному потоку. Вследствие этого внутри трубы возникает пониженное давление, которое снова всасывает воздух в трубу, и т. д. Колебание очень быстро затухает. Однако создаваемая громкоговорителем акустическая мощность этого колебания оказывается очень незначительной. Поэтому коэффициент полезного действия громкоговорителя возрастает, а его частотная характеристика улучшается в области низких частот.
Качество звучания акустической системы лишь в незначительной степени зависит от частотного разделительного фильтра. Задача разделительных фильтров состоит в том, чтобы громкоговорителям соответствовал предусмотренный для них частотный диапазон. Вместе с тем они должны быть такими, чтобы в зонах перекрытия в частотной характеристике ие появлялись провалы или всплески (рис. 2.5).
Описываемая акустическая система состоит из двух громкоговорителей: низкочастотной головки и. головки для воспроизведения средних и высоких частот. В качестве разделительных фильтров используется соответствующая комбинация из катушек индуктивности и конденсаторов, которые один раз включены как фильтр верхних частот (для головки, воспроизводящей диапазон средних и высоких звуковых частот), а другой раз как фильтр нижних частот для низкочастотной головки.
В качестве разделительных фильтров применяются фильтры второго порядка, причем для фильтров нижних и высоких частот требуется по два.злемента, а демпфирующее сопротивление в фильтре нижних частот остается неучтенным. Это сопротивление, которое включается не в каждый разделительный фильтр, служит для обеспечения удачного перехода между областью низких и средних звуковых частот.
При реализации разделительных фильтров важное значение имеет выбор применяемых элементов. Значения емкостей конденсаторов находятся в области нескольких микрофарад (мкФ-области), поэтому речь идет только об электролитических конденсаторах. Но для этого следует использовать оксидные неполярные конденсаторы для диапазона звуковых частот, поскольку через них протекает переменный ток. Конечно, еще лучше применять пленочные конденсаторы чтобы не было больших потерь.
Итак, на основе полученных небольших теоретических и гораздо больших практических знаниях можно приступить к построению акустической системы. Перед началом работы проверьте иаличие всех используемых элементов, а также звукопоглощающего ^материала. Для изготовления корпуса акустической системы нужен хороший клей для склеивания дерева. При склеивании отдельных частей корпуса клей наносится на обе его.сторо- ны. Затем поверхности должны высохнуть в течение 20 мин.
ные втулки, обеспечиваю
щие надежное крепление элементов без перекосов. Необходимо обращать внимание на то, чтобы воздух не проникал в стыки корпуса. Поэтому кромки корпуса должны быть дополнительно заполнены герметизирующим составом.
В акустической системе используются соединительные зажимы для громкоговорителей (динамиков), которые гораздо надежнее, чем штекерные соединения. Внутри корпуса прибора перед его окончательной сборкой прокладывают звукопоглощающий материал.
Для выполнения работ по дереву требуется соответствующий инструмент. Вы должны иметь циркуль, карандаш, линейку, ножовку с очень узким полотном и/или лобзик, крес- тообразчую и обычную отвертки, сверлильный станок с набором сверл, напильники для дерева и наждачную бумагу, клей для склеивания дерева, струбцины, а также лак для лакирования, лессирующий лак или шпон.
Древесно-стружечные плиты должны быть изготовлены из крепкого материала с высокой степенью сжатия толщиной 19 мм. Внимание: для жилых помещений разрешается только эмульсионный класс Е1 (из-за отсутствия формальдегида) ! Кольцо жесткости (рис. 2.6) требуется для предотвращения резонансов корпуса. Если отдельные элементы корпуса вы будете вырезать самостоятельно, то это следует делать с большой осторожностью. Необходимо обеспечить абсолютную герметичность всех стыков корпуса, а в случае его неровных краев этого добиться весьма трудно, даже если после склеивания все стыки дополнительно уплотнить герметизирующим составом.
Динамик для воспроизведения высоких частот монтируется на передней панели акустической системы. То же самое относится к трубе для усиления низких частот, которая отрезается до установки длиной до 5 см. Динамик для воспроизведения низких частот можно установить на передней или задней панели. Если принято решение об установке низкочастотной головки на передней панели, то тогда необходимо выфрезовать в панели круговой паз в соответствии с выпуклостью на шасси громкоговорителя. Соединительные зажимы закрепляются снаружи на задней панели прибора.
Склеивание корпуса акустической системы целесообразно начинать с задней стенки и кольца жесткости. Клей должен сохнуть примерно 20 мин. Для обеспечения надежного склеивания поверхностей корпуса имеются специальные зажимные устройства. В случае их отсутствия для этой цели можно использовать также любые тяжелые предметы. Помните, что при склеивании клей всегда наносится на обе склеиваемые поверхности.
Когда стенки корпуса до передней панели склеите, необходимо все места склеивания тщательно заделать герметизирующим составом изнутри. Загерметизировать следует и места присоединения динамиков к корпусу прибора, а также крепления соединительных зажимов.
Разделительные фильтры можно смонтировать на отдельных платах и запаять. В местах их присоединения должны быть предусмотрены специальные штифты для припаивания. Лучше всего установить разделительные фильтры вблизи шасси обоих динамиков. В этом случае длина присоединительных проводов оказывается минимальной. Безусловно
Дисплейная
Рис. 2.7. Частотная характеристика акустической системы
следует обращать особое внимание на правильную полярность включения динамиков, элементов разделительных фильтров и соединительных зажимов. Неправильная полярность приводит к искажению звука.
После подсоединения проводов от разделительных фильтров к соединительным зажимам в корпусе укладывается демпфирующий материал. Затем происходит предварительное испытание корпуса акустической системы. Для этого устанавливают в корпусе переднюю панель, но пока еще ее не приклеивают. После проверки, если все в порядке, приклеивают н ее.
Теперь необходимо проверить правильность подключения полярности громкоговорителей (динамиков) к выходу усилителя, т. е. в режиме "моно” мембраны динамиков должны колебаться одновременно наружу и внутрь. Для этого нужно настроить приемник в положение между двумя работающими радиостанциями. Если возникающий при этом шум воспринимается от области, расположенной в середине между корпусами, они подключены в правильной полярности. Если кажется, что шум приходит как будто из помещения, то следует изменить полярность подводящих проводов у одного из громкоговорителей.
Технические характеристики (см. также рис. 2.7):
Номинальная допустимая нагрузка, Вт 50
Музыкальная допускаемая нагрузка, Вт, 60
Полное сопротивление, Ом 8
Диапазон воспроизводимых частот, Гц ... От 20 до 22 000
Среднее характеристическое звуковое давление, дБ 86
Объем нетто, л 86
Двухканальный 70-ваттный усилитель звуковой частоты
В этом усилителе предусмотрена защита от перегрузок. На рис. 2.8 приведены спектральные характеристики этого усилителя. При полной нагрузке (выходной мощности 72 Вт) на нагрузке 8 Ом суммарный коэффициент нелинейных искажений составляет 0,08%. При нагрузке 4 Ом максимальная выходная мощность усилителя достигает 100 Вт при коэффи-
□ — селективно измеренная первая гармоника; б — коэффициент разностного тона стереофонической гибридной оконечной ступени фирмы ELO при полной выходной мощности; в, г — собственные погрешности измерительного прибора; д — схема тепловой защиты
Рис. 23. Общая принципиальная схема усилителя:'а — защита от короткого замыкания; б — управление реле; в — схема включения и выключения; г — схема защиты громкоговорителей;д — схема тепловой защитыРис. 23. Общая принципиальная схема усилителя:'а — защита от короткого замыкания; б — управление реле; в — схема включения и выключения; г — схема защиты громкоговорителей;д — схема тепловой защиты
Рис. 23. Общая принципиальная схема усилителя:'
а — защита от короткого замыкания; б — управление реле; в — схема включения и выключения; г — схема защиты громкоговорителей;
д — схема тепловой защиты
Рис. 23. Общая принципиальная схема усилителя:'
а — защита от короткого замыкания; б — управление реле; в — схема включения и выключения; г — схема защиты громкоговорителей;
д — схема тепловой защиты
Рис. 2.10. Переключение реле громкоговорителей при мощности 70 Вт на нагрузке 8 Ом с помощью электронной схемы защиты:
КЗ-—короткое замыкание
циенте нелинейных искажений 0,075%, а при нагрузке 16 Ом выходная мощность составляет 42 Вт при суммарном коэффициенте нелинейных искажений до 0,09%.
Поскольку выходная мощность усилителя ограничивается обычно 30% от указанных значений, суммарный коэффициент нелинейных искажений уменьшается до 0,008%. Приведенные характеристики были получены при селективном определении отдельных коэффициентов нелинейных искажений, что может способствовать, например, образованию фона от блока питания. При правильно подключенных полных сопротивлениях к входам прибора выходное паразитное напряжение, отнесенное к нагрузке на выходе 8 Ом, достигает 5 мВ двойной амплитуды. В этом случае отношение сигнал/шум все же превышает 80 дБ.
Для достижения полной выходной мощности усилителя необходимо обеспечить эффективное входное напряжение 1 В на нагрузке 30 кОм. Поскольку гибридные усилители "связаны” по постоянному току, их нижняя область частот простирается почти до 0 Гц. В диапазоне частот от 10 Гц до 100 кГц разброс составляет от 0 до —2 дБ.
При рассмотрении общей принципиальной схемы усилителя (рнс. 2.9) можно отметить, что схемные затраты на его вспомогательные элементы оказываются весьма значительными. Это в любом случае является оправданным, поскольку благодаря этим дополнительным мерам предотвращается разрушение компонентов акустических колонок, стоимость которых во много раз превышают затраты на создание самого усилителя. Кроме того, оконечные усилители также должны быть защищены в достаточной степени. Схемы защиты подразделяются на: схему задержки включения; релейно-контактную ступень; схему защиты от превышения температуры; схему защиты от короткого замыкания и схему защиты громкоговорителя (динамика).
Необходимой предпосылкой для правильной работы всех защитных схем (рис. 2.10) является тот факт, что задержка включения активизирует релейно-контактную ступень, которая со своей стороны осуществляет соединение выходов оконечных усилителей на 1С1 и 1С2 (выводы 7 на рис. 2.9) через оба контакта реле к акустическим колонкам. Рассмотрим теперь принцип работы схемы защиты.
При включении усилителя с симметричным питанием не всегда симметрично протекающий процесс заряда и разряда фильтрующих цепей из нескольких тысяч микрофарад образует кратковременное нарастание напряжения одного источника относительно другого, что приводит к протеканию тока в одном из двух транзисторов. Чем больше этот ток, тем большая опасность существует для подключенных громкоговорителей. Это может привести к тому, что мембрана оборвет соединительные провода звуковой катушкн громко- < говорителя низких частот.
Итак, проанализируем работу схемы на рис. 23. Через резистор R52 переменное напряжение поступает на диод Di. Отрицательная полуволна напряжения проходит через этот диод и заряжает конденсатор СЗО. Отрицательное напряжение с этого конденсатора подается в качестве напряжения смещения на базу транзистора Т13 и препятствует протеканию тока между его коллектором и эмиттером. В результате осуществляется заряд конденсатора С26 через резистор R36. Как только будет заряжен конденсатор С26, переключается транзистор Т7, и тем самым эмиттер транзистора Тб каскада, возбуждающего реле, замыкается на землю.
10 910 9-08-08ОбОбРис. 2.11, Принципиальная электрическая схема гибридного усилителя STK 0866Рис. 2.11, Принципиальная электрическая схема гибридного усилителя STK 0866-о7-о7
10 9
10 9
-08
-08
Об
Об
Рис. 2.11, Принципиальная электрическая схема гибридного усилителя STK 0866
Рис. 2.11, Принципиальная электрическая схема гибридного усилителя STK 0866
-о7
-о7
При выключении усилителя протекают следующие процессы. Прежде всего разряжается конденсатор СЗО, поскольку отсутствует переменное напряжение. Затем спадающее напряжение от источника 442 В в виде напряжения смещения положительной полярности подается через резистор R51 на базу транзистора Т13. Последний открывается н быстро разряжает конденсатор С26. После этого транзистор Т7 закрывается и выключается реле. В результате электролитические конденсаторы могут разряжаться несимметрично н тем самым вызывать на выходах гибридного усилителя положительное или отрицательное напряжение.
Релейно-контактная ступень. Возбудитель реле на транзисторе Тб управляется триггером на транзисторах Т4 и Т5. Триггер имеет только один вход. В устойчивом состоянии транзистор Т5 находится в закрытом, а транзистор Т4 — в открытом состоянии. Таким образом, на транзистор Тб не поступает больше управляющего сигнала. Реле выключается, размыкает свои контакты и цепи громкоговорителей оказываются разомкнутыми.
Схема защиты от превышения температуры работает следующим образом. При нормальной температуре транзистор Т12 находится в открытом состоянии, поскольку чувствительный элемент термометра (терморезистор R46) с положительным температурным коэффициентом обладает таким свойством, что с повышением температуры также повышается его сопротивление. Если при увеличении температуры образуются пары, то терморезистор нагревается и рано или поздно температура повышается до 60*С. В итоге возрастает сопротивление терморезистора, а напряжение на участке база-эмиттер снижается до такого значения, при котором транзистор Т12 запирается н на его коллекторе напряжение повышается до полного напряжения питания (примерно 9 В).
Электролитический конденсатор С29 заряжается через резистор R49 н приложенное напряжение вызывает в диоде D4 ток, который опрокидывает триггер. После этого реле отключает громкоговорители от оконечных усилителей. Последние, правда, получают управление, но теперь они не пропускают токн и, следовательно, отсутствует нагрев транзистора. Безусловно, сам триггер после ликвидации повреждения не может установить оконечные усилители в исходное рабочее состояние. Для этого логика является слишком простой.
Гибридные усилители ‘he переносят” коротких замыканий. Эти приборы (рис. 2.11) не могут длительное время работать в условиях короткого замыкания. Схема защиты от короткого замыкания содержит мостовую схему (см. рис. 2.9, о), параметры элементов ко-
торой подбираются согласно условию R13 xRL- R15 х (DI + R17). В нормальном режиме и в предположении, что на эмиттере и базе транзисторов Т1 или Т2 отсутствует постоянное напряжение, мостовая схема находится в равновесии. Если в цепи нагрузки (громкоговоритель, разделительные фильтры, подводящие провода) возникает короткое замыкание, то равновесие мостовой схемы существенно нарушается на одной из сторон.
Поскольку эмиттер транзистора Т1 в известной степени имеет потенциал корпуса, увеличивается напряжение между его базой и эмиттером и Т1 переходит в открытое состояние. Тем самым напряжение смещения на базе ТЗ (р-п-р-тип) переводит его в проводящее состояние. Это приводит к тому, что через резистор R24 протекает ток в положительном направлении через диод D9 и триггер срабатывает (74 и Т5). В результате происходит отключение громкоговорителей. Заметим, что модули оконечных ступеней защищены от разрушения.
Катушка индуктивности *1е любит” постоянного напряжения. Обычно транзисторы II, ТЗ (рис. 2.9, о) оконечных каскадов работают при симметричном питании. Оконечные усилители функционируют как усилители переменного тока, а с помощью резисторов R38, R39 (10 кОм) происходит развязка цепей от предшествующей схемы. Резистор R40 (18 кОм), а также биполярный электролитический конденсатор С27 (100 мкФ) вместе образуют звено задержки по времени. Когда прикладывается переменное напряжение, оно закорачивается на корпус через конденсатор С27. Последнему следует уделить особое внимание, поскольку речь идет о биполярном электролитическом конденсаторе.
Как только на входе схемы появляется положительное постоянное напряжение, коллектор транзистора Т8 закорачивается на корпус. Благодаря этому база транзистора Т11 с напряжением смещения 0,6 В (этот транзистор в нормальном случае находится в открытом состоянии) закорачивается на корпус, транзистор Т11 запирается, а на его коллекторе устанавливается высокий потенциал.
В этом случае электролитический конденсатор С28 (47 мкФ) заряжается через резистор R43 (5,6 кОм). Пик напряжения достигает базы транзистора Т5 через диод D3 и выводит триггер из устойчивого состояния. На базу транзистора Тб больше не поступает управляющего сигнала. Ток реле через этот транзистор и транзистор Т7 в итоге прерывается и, следовательно, происходит немедленное отключение громкоговорителей от оконечных каскадов.
Если на базе транзистора Т8 появляется отрицательное напряжение, то эмиттер транзистора Т10 становится более отрицательным. В результате база транзистора T9 р-п-р-ти- па принимает потенциал корпуса. Таким образом, область между эмиттером и коллектором становится проводящей, а транзистор Т11 запирается. Теперь остальная часть схемы функционирует аналогично случаю, когда на базе транзистора Т8 появляется напряжение питания положительной полярности.
В качестве корпуса для усилителя выбирается готовый корпус фирмы Leistner. Однако при наличии подходящего материала (профильные направляющие из алюминия, листы из алюминия толщиной 2 или 3 мм) его можно изготовить самостоятельно.
В усилителях мощности происходит, естественно, усиление мощности. Когда говорят о мощности, то для оконечных усилителей имеют важное значение два режима работы: режим источника тока и режим источника напряжения.
При низкоомной нагрузке в виде громкоговорителей от оконечных усилителей должны отбираться большие и бесфоновые токи. При этом решающую роль играет блок питания, поскольку от него должен потребляться необходимый ток без слишком больших потерь напряжения. Здесь также следует учитывать динамическое внутреннее сопротивление прибора, которое, однако, зависит от прямого сопротивления оконечных транзисторов.
Если, напротив, громкоговоритель для воспроизведения низких частот возбуждается в области резонанса, то значение его полного сопротивления составляет примерно 50 Ом. В этом случае оконечный усилитель должен функционировать в качестве источника напряжения, т. е. в резерве должно иметься еще достаточно напряжения, чтобы при таких полных сопротивлениях мог протекать достаточный ток.
Дело в том, что именно непосредственно в области низких частот необходим запас дополнительной мощности, поскольку в этой области уменьшается чувствительность слуха, а коэффициент полезного действия малогабаритных акустических колонок уже падает значительно ниже границы 1%.
В нашем случае питание гибридных оконечных усилителей происходит максимально допустимым напряжением 84 В (±42 В) (рис. 2.12). Поэтому трансформатор также должен быть рассчитан на максимальный ток. В блоке питания используется трансформатор с кольцевым сердечником с 2 х 30 В при суммарной мощности 230 В-A. Для описываемой оконечной ступени достаточно одного отдельного мостикового выпрямителя для каждой ветви и в данных условиях двух электролитических конденсаторов емкостью 4700 мкФ, 63 В.
Рис. 2.12. Схема блока питания для оконечного усилителя
При этом, однако, следует обратить внимание на то, чтобы электролитический конденсатор для напряжения отрицательной полярности был надежно изолирован от шасси, поскольку его корпус, как н в большинстве случаев, соединен с отрицательным полюсом электролита. В качестве изолирующей прокладки можно рекомендовать различные синтетические материалы, например тефлон.
Заметим, что опытные радиолюбители изолируют также электролитические конденсаторы для напряжения питания положительной полярности. Тогда масса относится не к корпусу, а к схеме. К металлическому корпусу присоединяется только защитный провод ! Также экраны сигнальных проводов соединяются не с корпусом, а с массой усилителя. В противном случае все токи защитных контактов протекают через экраны проводов, по которым подается напряжение звуковой частоты.
Многопроволочные жгуты требуемого диаметра желательно маркировать по-разному. Например, жгут красного цвета используют для напряжения положительной полярности, голубого — для отрицательной полярности, а черного — для нулевого провода. Сечение используемых проводов должно быть не меньше 1 мм3, Защитный провод (желто-зеленого цвета) относится к шасси и корпусу. Если усилитель эксплуатируется без земли, то его входные н выходные гнезда (клеммы для громкоговорителя) не должны иметь с корпусом никаких контактов.
При этом необходимо, чтобы все элементы, находящиеся под напряжением, имели надежную изоляцию. Во всяком случае весь монтаж, относящийся к напряжению 220 В, должен обеспечивать защиту от напряжения прикосновения. Низкие потенциалы достигают относительно друг друга 84 В (2 х 42 В). Такое напряжение тоже является опасным для жизни I Естественно, что при вводе в эксплуатацию блока питания все необходимые элементы должны быть также изолированы для предотвращения случайного соприкосновения к ним. В качестве отключающего устройства можно использовать двухполюсный выключатель, а в качестве предохранителя установить плавкую вставку в пробку с резьбой. После окончания электрического монтажа и завершения механической сборки устройства можно включить блок питания, а потом измерить напряжения питания относительно нуля.
До разметки, кернения, сверления и вырезания отверстий для гибридных усилителей мощности необходимо измерить расстояние, которое должно оставаться между основной платой н шасси. Как правило, оно соответствует 5 или 10 мм. Лучше всего монтировать плату с помощью подходящих распорных втулок с нарезанной на них резьбой. Если плата ’Ъидит”, то можно подгонять место для радиатора. Для этого отмечают ее положение через крепежные отверстия интегральной схемы в уже смонтированном радиаторе, а затем уже их кернят, сверлят сверлом малого диаметра, прикидывают на глазок н впоследствии дополнительно сверлят и нарезают резьбу.
На теплоотводе должны быть смонтированы терморезисторы с положительным температурным коэффициентом. Перед окончательным монтажом терморезисторов н гибридных интегральных схем не следует забывать нанести кончиком ножа немного специальной пасты, обладающей достаточно высокой теплопроводностью. Однако предварительно
Рис. 2.13. Печатная плата усилителя (а) и его монтажная схема (б)Рис. 2.13. Печатная плата усилителя (а) и его монтажная схема (б)
Рис. 2.13. Печатная плата усилителя (а) и его монтажная схема (б)
Рис. 2.13. Печатная плата усилителя (а) и его монтажная схема (б)
STK 086 6
cs
013
RI
R5
R9 ^019
R11
Пер.
CJji^l
*R19
60°
R46
R47
STK 086 6
,02010 СЧ
^R4 "^НГЙ^"™
R10
^020
С6
X
C1B
T9 Т10 Т8»j—t
№s"
R13
R15
021
rs£1
R16
вг
Т11
R12
Пер.
С1Б
R50
Пер. «4—►
*flh R24 D3 028 »О»
|3) ЧНС24
R44
R30
R26 R2g
-Vac
Рис. 2.13.
Пер.
|л»±
022
R33
-f^r^T
Пер. R20
Пер.
Вых. пр.
Реле
R36
Вб
Вых. л.
О
^—В5
^тсзо \^iR51
5)
нужно тщательно все промыть. В противном случае образовавшиеся при сверлении стружки могут попасть между монтируемыми поверхностями.
Затем осуществляют крепление платы. При этом не следует завинчивать винты в резьбовое отверстие с большим усилием. Если для крепления используются винты и гайки, то для фиксирования платы применяются зубчатые упругие шайбы. Торцовый ключ и отвертка используются только для законтривания гаек.
Окончательный монтаж и проверка. В заключении следует привести некоторые реко- ментации по окончательному монтажу н испытаниям схемы. Монтаж элементов производится согласно монтажной схеме на рис. 2ДЗ, б н не вызывает особых затруднений. Изолированные гнезда соединяются друг с другом экранированным кабелем, а зажимы для громкоговорителя — кабелем сечением 1 мм3. Во всех подсоединениях предусмотрены штифты для припайки проводе» и гнезда.
После проверки монтажных работ можно включить блок питания. Индикаторы напряжения, а также включающего громкоговорители реле зажигаются, и реле срабатывает.
Однако теперь необходимо проверить функционирование схем защиты. Для этого сначала прослушивают тихую музыку с подключенными громкоговорителями. Теперь закорачивают накоротко выход левого канала максимально на 1 с! Сразу же выключается реле и отключаются громкоговорители. Если этого не происходит, значит схема неисправна. Еще раз отметим, что интегральные схемы этой серии нестойки к короткому замыканию.
Теперь проверим схему защиты от превышения температуры. Для этого нужно извлечь чувствительный элемент, удлинить его соединительные провода, опустить его в наполненную водой емкость. Последнюю устанавливают на включенную плиту и ожидают образования первых пузырьков на ее поверхности. Если при кипящей воде не происходит отключения реле, которое отсоединяет громкоговорители от выходных ступеней усилителя, то необходимо проверить эту схему.
Далее проверяют последнюю часть схемы. Для этого изготавливают испытательный зонд, который состоит из отрезка провода длиной 25 см с припаянным на одном конце резистором 10 кОм. Провод припаивают к выводу +42 В фильтрующей цепи (электролитический конденсатор). Другим концом зонда касаются базы транзистора Т8. Лучше всего на левом присоединении резистора R39, там где смонтирован электролитический конденсатор С27.
При малейшем касании сразу же должно сработать реле. Если этого не происходит, то нужно срочно искать неисправность. Если после устранения обнаруженной неисправности реле сработало, то можно выключить усилитель. Затем подсоединяют испытательный зонд к выводу —42 В фильтрующей цепи (электролитический конденсатор). Способ проверки идентичен указанному выше.
Если все схемы защиты функционируют правильно, то обеспечена эксплуатационная надежность этой стереофонической оконечной ступени. Воспроизводимые данные у всех десяти дополнительно изготовленных образцов являются идентичными. Несколько оконечных ступеней, который были изготовлены в 1982 г, обеспечивают и в настоящее время превосходное качество при прослушивании музыки.
Частотный корректор для согласованного со слухом воспроизведения музыки
Читатель легко может сам убедиться в том, что при прослушивании тихой музыки низкие частоты воспринимаются хуже, чем высокие (рис. 2Д4). Чтобы слышать звук частотой 50 Гц с уровнем громкости 60 фон, необходимо повысить громкость звука по сравнению со звуком на частоте 1000 Гц примерно на 18 дБ. При уровне громкости 90 фон на частоте 50 Гц требуется повышение громкости звука по сравнению со звуком на частоте 1000 Гц только на 3 дБ, а при громкости звука 40 фон на частоте 50 Гц требуется повышение громкости звука на 33 дБ по сравнению со звуком на частоте 100 Гц, для того чтобы сохранить одинаковую громкость звука.
Это обстоятельство было известно очень давно, и уже с 30-х годов известно так называемое физиологическое регулирование силы звука. Из схемы на рис. 2.15 видно, что при верхнем положении переключателя высокие частоты с уменьшением силы звука несколько приподнимаются, что можно объяснить с помощью характеристик на рис. 2Д4. При этом оказывается, что на высоких частотах можно отказаться от корректирования силы звука.
Теперь от теории перейдем к практике. Прежде всего необходимо определить соответствующее звуковое давление в месте расположения слушателя. Это можно осуществить только с помощью измерительного микрофага — совместно для обоих каналов. С учетом полученного измеренного значения следует низкие звуки диапазона голоса приподнять или опустить. Для этого существует регулируемый активный фильтр.
Рис. 2.15. Спад частотной характеристики в области средних частот за счет подключения дополнительной цепи к середине регулятора громкостиРис. 2.15. Спад частотной характеристики в области средних частот за счет подключения дополнительной цепи к середине регулятора громкости
Рис. 2.15. Спад частотной характеристики в области средних частот за счет подключения дополнительной цепи к середине регулятора громкости
Рис. 2.15. Спад частотной характеристики в области средних частот за счет подключения дополнительной цепи к середине регулятора громкости
В случае увеличения измеренного значения микрофон регистрирует также соответственно больший уровень звукового давления. Для компенсации этого превышения в микрофонный усилитель должен быть встроен действующий в противоположном направлении режекторный (подавляющий) фильтр. Характеристики такого фильтра показаны на рис. 2.16 и 2.17.
Ничего не поделаешь, следует смириться с наличием измерительного микрофона и его соединительного провода. Длина последнего не имеет особого значения, поскольку регулировка на частотах выше 1000 Гц не осуществляется. По этой причине место расположе-
Рис. 2.16. Подъем частотной характеристики в области низких частот в фильтрах громкости звукаРис. 2.16. Подъем частотной характеристики в области низких частот в фильтрах громкости звука
Рис. 2.16. Подъем частотной характеристики в области низких частот в фильтрах громкости звука
Рис. 2.16. Подъем частотной характеристики в области низких частот в фильтрах громкости звука
Рис. 2.17. Спад частотной характеристики в области низких частот в режекторном (подавляющем) фильтре
Рис. 2.18. Схема частотного корректора. Благодаря использованию интегральных схем упрощается ее исполнение
ния микрофона не является слишком критичным. Подчеркнем, что низкие звуки излучаются весьма ненаправленно. Схема частотного корректораприведена на рис. 2.18.
Рассмотрим сначала микрофонный канал. Конденсатор С18 и резистор R15 образуют фильтр верхних частот с граничной частотой 48 Гц. За фильтром следует усилитель на IC2A . Его выход через конденсатор С9 и резисторR13 управляет действующим в противоположном направлении подавляющим фильтром, который со своей стороны через конденсатор CIS и резистор R20 управляет однополупериодным выпрямителем и усилителем 1С2С. Следующий по схеые преобразователь полного сопротивления/С2 выдает собственно управляющее напряжение. Интегральная схема 1С2В является компаратором (пороговым переключателем), который выключает аналоговый выключатель IC3, закорачивающий регулирующее напряжение, если звуковое давление превышает уровень 86 дБ.
Регулирующее напряжение (контрольная точка С) воздействует через выводы 9 и 10IC1C как на режекторный фильтр, так и на фильтры громкости звука в обоих стереофонических каналах. На рис. 2.18 хорошо видно, как осуществляется противофазгость обоих фильтров. Следует обратить особое внимание на подключение резисторов R4 и R8.
Вернемся снова к управляющему напряжению. Если оно равно нулю, то частотная характеристика оказывается плоской. С помощью резистора R10 при нулевом звуковом давлении устанавливается напряжение смещения 310 мВ в контрольной точке С (относительно контрольной точки А), которое при 86 дБ и выше становится равным нулю. Это единственная регулировка.
Относительно интегральной схемы IC1 следует еще сказать, что она содержит всего четыре фильтра, из которых используются только три. И еще об одном критерии: вся система выполнена для чувствительности микрофона 0,56 мВ/мкбар. В этом случае звуковые давления оказываются абсолютно верными, а расхождением в несколько децибел можно пренебречь. Для сравнения фильтры включаются и выключаются. Потребляемый ток составляет при этом только 20 мА.
Если имеется схема расположения радиоэлементов на плате (рис. 2.19), монтаж устройства не представляет особых затруднений. Сказанное также относится и к блоку питания. Тип соединений радиолюбитель вправе выбрать самостоятельно.
Рис. 249. Печатная плата частотного корректора (а) и его монтажная схема (6)
Частотный корректор с предварительным усилителем и активным фильтром верхних частот
Для высококачественного воспроизведения стереофонических пластинок частотная характеристика полосы пропускания тракта звуковых частот должна быть не ниже 20 Гц. Рокот проигрывателя хотя и не воспринимается слушателем, но он может просто перегрузить усилитель и акустическую систему. Поэтому в схеме обычно предусматривается фильтр подавления рокота с крутой частотной характеристикой.
На практике фильтр подавления рокота для электромагнитного звукоснимателя используется с корректирующим усилителем.
Как правило, этот фильтр реализуется в виде активного фильтра Чебышева второго порядка с неравномерностью характеристики 0,3 дБ в области пропускания. Поскольку фильтр используется с усилителем, он, естественно, является активным. Такой фильтр Чебышева для верхних частот можно построить с очень крутой характеристикой на границе диапазона.
Однако вблизи граничной частоты частотная характеристика имеет волнистый характер, т. е. не является такой гладкой, как, например, в фильтрах Бесселя и Баттерворта. Для достижения разумного компромисса неравномерность частотной характеристики здесь ограничивается примерно 0,3 дБ. Интегральная схема IC2 (рис. 230) является активной частью схемы частотного корректора. Фильтр охвачен положительной обратной связью через резистор R6 и пассивный фильтр верхних частот С5 - R7 (так называемый фильтр с простой положительной обратной связью).
Отрицательная обратная связь, которая вводится через делитель напряжения R8 - R9, определяет тип фильтра и тем самым его частотную характеристику. На рис. 231, а приведена частотная характеристика фильтра подавления рокота. Граничная частота со спадом характеристики на 3 дБ соответствует 20 Гц.
Рокоты на частотах ниже 2 Гц подавлены более чем на 45 дБ по сравнению с полезным сигналом одинаковой громкости. Это значительно лучше по сравнению с обычным пассивным фильтром подавления рокота (20 дБ). Основным преимуществом фильтра Чебышева является резкий изгиб его характеристики ниже самой низкой полезной частоты. Как видно из рисунка, частотная характеристика выше граничной частоты является еще достаточно плоской. Это обеспечивается соотношением сопротивлений резисторов R8 и R9
LF 356 0Р 27LF 356 0Р 27+l/g-и»+l/g-и»
LF 356 0Р 27
LF 356 0Р 27
+l/g
-и»
+l/g
-и»
О +9-*15 В
СЮ 47ми,?5В О О В
С11
47мк,»6В
—О-9т-15 В
Рис. 230. Схема частотного корректора с предварительным усилителем, фильтром подавления рокота и блоком питания
Рис. 2.21. Частотная характеристика фильтра подавления рокота (а), корректора (6) и их общая частотная характеристика (в)
a)
Рис. 2.22. Печатная плата частотного корректора (а) и его монтажная схема (б)
(рис. 2.20). Однако эти же резисторы определяют также и коэффициент усиления, который достигает в области пропускания примерно 5 дБ.
Корректирующая система. Подключение к электромагнитному звукоснимателю происходит через корректирующий усилитель UC1 с резисторами R2 - R5 и конденсаторами С2, С3\ На рис. 2.21, б приведена частотная характеристика корректора вместе с кривой, установленной в стандарте DIN 45 541. Несмотря на частоту предложенного корректора, его можно сравнивать с дорогими предварительными усилителями. Если включить корректирующий усилитель вместе с фильтром подавления рокота, то получается частотная характеристика, приведенная на рис. 2^1, е.
Для обеспечения минимальных шумов и коэффициента гармоник рекомендуется использовать операционные усилители типа ОР 27 GP или ОР 27 GZ (Р — пластик, Z — керамика). Следует обратить особое внимание на символ G, поскольку все другие буквенные обозначения соответствуют операционным усилителям с более высокими параметрами (главным образом по температурному диапазону) и стоимостью.
Недорогой операционный усилитель типа LF 356 хотя и имеет гораздо худшие параметры, но увеличением шумов в нем можно полностью пренебречь по сравнению с основным шумом пластинки.
Принцип действия корректора упрощенно можно представить себе следующим образом.
На очень низких частотах емкости конденсаторов С2 и СЗ имеют высокое сопротивление. Поэтому коэффициент усиления
R3 100 000
К = 1 +— -1+ = 1001» 60дБ.
R2 100
С увеличением частоты начинает сказываться эффективное действие емкости конденсатора С2, который включает резистор R4 параллельно резистору R3. В этом случае на частоте 1 кГц"
-10 кОм
К=1 + » 100» 40 дБ.
R2
Таким образом, усиление на этой частоте меньше на 20 дБ.
RO RSRO RSЗвонокЗвонокС^ 4,7мк ‘ 258С^ 4,7мк ‘ 25801 6,8 к01 6,8 к7мк R163 В7мк R163 ВПьезоэлементПьезоэлемент
RO RS
RO RS
Звонок
Звонок
С^ 4,7мк ‘ 258
С^ 4,7мк ‘ 258
01 6,8 к
01 6,8 к
7мк R1
63 В
7мк R1
63 В
Пьезоэлемент
Пьезоэлемент
На частоте 20 кГц оба конденсатора оказывают эффективное действие на работу корректора. Сопротивление (комплексное) отрицательной обратной связи составляет примерно 1 кОм. Поэтому
«1кОм
К « 1 + * 100 * 20 дБ .
R2
Сопротивление резистора R1 является нагрузочным сопротивлением звукоснимателя, а емкость конденсатора С1 шунтирует сигнал в области высоких частот.
Результирующего усиления оказывается вполне достаточно для непосредственного подключения головных телефонов средней чувствительности. Вместе с двумя батареями напряжением по 9 В каждый корректор размещается в небольшом корпусе. Печатная плата и монтажная схема корректора показаны на рис. 2.22. Предварительный усилитель с успехом можно использовать для контрольного прослушивания при покупке проигрывателя без электроакустической установки.
В заключение целесообразно сделать еще одно замечание, а именно: операционные усилители ОР 27 и LF 356 (без компенсации смещения) являются совместимыми по цсколее- ке с дешевыми операционными усилителями типа 741. Поэтому работу схемы можно легко проверить без риска повреждения дорогих операционных усилителей.
Глава 3. СХЕМЫ "ДОМАШНЕЙ" ЭЛЕКТРОНИКИ
Телефонный звонок-трель
Кому мешает резкое звучание телефонного звонка, тот может установить телефонный звонок-трель. Но это возможно только в домашнем телефоне, поскольку служебные телефоны являются государственной собственностью. Поэтому подобное вмешательство может привести к повреждению чужого имущества. Это всегда следует иметь в виду.
Пожалуй, каждый из нас знаком с тем обстоятельством, что резкий телефонный звонок отвлекает от хода наших мыслей. С другой стороны, тихий звонок не всегда хорошо слышно. Представленная принципиальная схема звонка (рис. 3.1) позволяет выйти из этого затруднительного положения: мелодичный, но, несмотря на это, требовательный звуковой тон или еще лучше послед овательность звуков из двух частот ’Пригласит” вас к телефону.
Кроме того, такую схему можно использовать и для звонка, установленного у дверей вашей квартиры. Для этого необходимо обеспечить питание схемы переменным напряжением 35 В, а с помощью конденсатора С2 можно варьировать тембр звучания звонка.
Однако следует иметь в виду, что с помощью такого устройства не удастся ’’озвучить” заводские цехи. Необходимо обращать внимание на то, чтобы за зуммером не находилась плотно закрывающаяся дверь.
Рис. 3.1. Схема звонка-трели
5)
Рис. ЗЛ. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) звонка'^трели
Для подключения схемы звонка-трели необходимо отсоединить электрический звонок и вместо него подключить нашу плату (рис. ЗЛ). Проще всего это сделать, если отпаять соединительные провода на катушке электрического звонка. Заметим, что схема легко размещается в месте расположения электрического звонка.
Индикатор наличия воды и универсальный тональный генератор с применением интегральных схем на комплементарных МОП-транзисторах
При использовании схем на КМОП-транзисторах следует иметь в виду, что они легко подвергаются разрушению по сравнению с другими полупроводниковыми элементами: достаточно статического заряда человека для их повреждения.
В настоящее время для предотвращения разрушающего воздействия во всех таких схемах применяются защитные диоды. Они обеспечивают стекание заряда на входах интегральных схем. При этом ток не должен превышать 10 мА с учетом незначительных размеров проводящих токоведущих дорожек.
Предлагаемый модуль основан на двух существенных положениях: наличие высокоомных входов КМОП-логических элементов и достаточно большой электропроводности воды с примесями, к которой в строгом смысле относится также водопроводная вода. Химически чистой является только дистиллированная вода.
Рассмотрим схему, приведенную на рис. 3 Л. С помощью резистора R1 на выводе 5 триггера Шмитта устанавливается высокое напряжение. Если оба контакта датчика SE находятся в воде, то его сопротивление вместе с сопротивлением резистора R1 образует делитель напряжения, входное напряжение снижается ниже уровня срабатывания и на выходе функциональной схемы также устанавливается высокое напряжение. Следующие ступени модуля показаны на рис. ЗА.
72 В О- - D1S57O. -J ИSEZo— Оо.72 В О- - D1S57O. -J ИSEZo— Оо.
72 В О- - D1
S57O. -J И
SEZo— Оо.
72 В О- - D1
S57O. -J И
SEZo— Оо.
Рис. ЗЛ. Входное устройство сигнализатора наличия воды
Рис. 3.4. Схема, иллюстрирующая принцип действия индикатора наличия воды
Рис. 3.5. Окончательная схема индикатора наличия воды с оптической, акустической и электрической сигнализациями
Функциональный элемент G1 выполнен по схеме, приведенной на рис. 3.3. Элемент G2 инвертирует на выходе высокое напряжение, поэтому функциональные элементы G3 и G4 снова имеют на своих выходах высокое напряжение, которое открывает транзисторы Т1 и Т2. При этом загорается светоизлучающий диод LED и срабатывает реле. Оно может включить насос или один зуммер.
Теперь можно объединить КМОП-функциональные элементы. В связи с этим была разработана универсальная схема иа основе четырех КМОП-функциональных элементов CD 4093, изображенная на рис. 3.5. Входная ступень этой схемы аналогична схеме, приведенной на рис. 3.3. Диод и сопротивление резистора, равное 27 кОм, на ее входе уменьшают возможное напряжение помех. Различные металлы иа датчике (для этого достаточно, например, штепсельного контакта или аналогичного устройства) могут образовать элемент питания, а емкость конденсатора 330 нФ и сопротивление 27 кОм препятствует образованию паразитных импульсов.
Инвертор (рис. 3.4) с помощью подстроечного потенциометра и конденсатора может генерировать необходимые колебания.
Попадающие в диапазон звуковых частот импульсы прямоугольной формы поступают через функциональный элемент G3 на усилитель низкой частоты. Выход А схемы имеет защиту от короткого замыкания.
Функциональный элемент G4 является теперь предоконечным каскадом для транзистора Т1. Последний под воздействием импульсов прямоугольной формы выдает соответствующий коллекторный ток. Ток коллектора в большинстве случаев сглаживается электролитическим конденсатором емкостью 100 мкФ. Поэтому в схеме можно использовать реле на 12 В. При этом следует иметь в виду, что контакты этого реле не могут коммутировать цепи с напряжением 220 В. Для этой цели требуется промежуточное реле.
Двухтональный генератор. В предлагаемом двухтональном генераторе можно раздельно и в широких пределах регулировать как высоту звука обоих генераторов, так и частоту переключения — звуки следуют непрерывно один за другим. Таким образом, искушенный слушатель может получить все, что пожелает. Это обстоятельство уже в общих чертах объясняет значение рассматриваемого модуля.
Принцип действия двухтонального генератора объясняется с помощью принципиальных схем, приведенных на рис. 3.6—3.9.
В схеме на рис. 3.6 на вход Г поступает сигнал прямоугольной формы. Он проходит элемент И—НЕ, если на вход Е поступает высокий потенциал. Если в этой точке действует низкий потенциал, то на выходе логической схемы остается высокий потенциал.
С учетом сказанного становится понятным принцип действия переключателя, приведенного на рис. 3.7.
В этой схеме низкий потенциал действует в точке ЕО. Тогда функциональный элемент G2 находится в закрытом состоянии (выход с высоким потенциалом) независимо от потенциала в точке Е2. Элементы G1 и G4 последовательно переключаются, и логическое состояние схемы в точке А совпадает с логическим состоянием в точке Е1. Если пр овести испытание и приложить к точке ЕО высокий потенциал, то элемент G1 независимо от состояния Е1 будет закрыт (выход соответствует высокому потенциалу), G2 и G4 последовательно переключаются, а логическое состояние в точке А соответствует состоянию в точке Е2.
Заметим, что это устройство является "идеальным стрелочным переводом” двух поступающих различных звуковых сигналов (прямоугольной формы) в один общий канал, т. е. одноразрядным мультиплексором.
Тональные генераторы можно включать по схеме, приведенной на рис. 3.8. Если приложить к верхнему входу высокий потенциал и подать питающее напряжение к логическо-
помощью КМОП^лементов
Рис. 33. Полная схема универсального тонального генератора
му элементу, то конденсатор (разряженный) будет поддерживать на нижнем входе низкий потенциал, а на выходе элемента установится высокий потенциал. Следовательно, конденсатор будет разряжаться через подстроечный потенциометр Р до тех пор, пока нижний вход логического элемента не будет рассматриваться как вход с высоким потенциалом.
Тогда на выходе элемента установится низкий потенциал и конденсатор начнет разряжаться через подстроечный потенциометр Р до тех пор, пока на нижнем входе элемента не будет снова достигнут низкий потенциал. Далее процесс продолжается аналогичным об- разом. Устройство генерирует колебания прямоугольной формы, которые с параметрами схемы на рис. 35 попадают в область звуковых частот. Хотя, конечно, процессы переключения в этом случае протекают гораздо медленнее. Причем вход 3 (переключателя) полностью разомкнут.
Входные сопротивления КМОП-логических элементов достигают значений 1015 Ом. Поэтому если модуль должен генерировать колебания, когда на него подается рабочее напряжение, то нужно подключить изображенный штрих-пунктирной линией резистор сопротивлением 100 кОм к положительному полюсу источника питания 12 В. Рабочий контакт между переключателем 3 и массой прерывает тональную последовательность. Резисторы сопротивлением 100 кОм могут быть также подключены между 3 и массой. В этом случае рабочий контакт подключает генераторы от 3 к положительному полюсу источника питания 12 В.
5—345 зз
Рис. 3.10. Печатные платы индикатора наличия воды и тонального генератора (а, б) н их монтажные схемы (е,г)
Несмотря на присоединение конечного функционального элемента к схеме, значительной громкости от нашего модуля не следует ожидать. Увеличение громкости может быть получено благодаря использованию дополнительного усилителя. В нашем распоряжении имеется усилитель с выходной мощностью до 2 • 500 Вт.
На рис. 3.10 приведены печатные платы индикатора наличия воды, двухтонального генератора и их монтажные схемы.
Электронный камертон
В музыке также наблюдается ^инфляция". Частота резонанса камертона а1 (соль первой октавы) за последние 200 лет увеличилась с 440 до 444 Гц.
Каждый музыкант по собственному желанию осуществляет этот сдвиг частоты камертона, Иногда, правда, это делается по необходимости, потому что играют, например, вместе с органом. Камертон настроить не так просто. И если это необходимо, то в настоящее время такая настройка должна выполняться электронными средствами с кварцевой стабилизацией.
Прн этом возникают определенные трудности, связанные с неоднократным делением и сравнением частоты. Поэтому для получения необходимой частоты используется пять интегральных схем. За основу была выбрана довольно высокая частота, равная 3,2768 МГц (рис. 3.11). Но поскольку для этой цели используется кварц, который применяется для и> готовления часов, то получить желаемое значение звуковой частоты вполне возможно. В интегральной схеме IC1 выполняется деление на 21* (16 384). Поэтому на ее выводе 3 образуется теперь частота, равная 200 Гц, которая может быть проверена в контрольной точке МР1. ,
Интегральная схема 1С2 содержит схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) н генератор, управляемый напряжением (ГУН), который генерирует колебания на частоте примерно 88 кГц. Это легко можно проверить в контрольной точке МР2, Колебания с вывода 4 схемы 1С2 поступают на интегральные схемы 1СЗ и IC4. В интегральной схеме IC3
Рис. 3.11. Схема делителя частоты: из частоты 3,2768 МГц образуется частота в интервале от 440 до 449 Гц
Рис. 3.12. Печатная плата электронного камертона (а) и его монтажная схема(б)! BCD -кодирующий переключатель
выполняется деление на 100. Проверку процесса деления можно проверить в контрольной точке MP3.
В интегральной схеме IC5 происходит деление на 2. Таким образом, в результате выполняется деление на 200, поэтому на выход интегральной схемы IC5 подаются импульсы прямоугольной формы с частотой следования 440 Гц. Они затем преобразуются с помощью фильтра нижних частот в напряжение синусоидальной формы. Фильтр нижних частот образован с помощью трех КС-цепей (RIO - R12; С5 — СТ). После контрольной точки MP4 переменное напряжение синусоидальной формы через регулятор уровня громкости R14 подается на оконечную интегральную схему IC6, с выхода которой сигнал поступает на громкоговоритель, максимальная мощность которого достигает 250 мВт.
Как уже указывалось, колебания только с частотой 440 Гц для нас оказываются недостаточными, нужно сделать устройство программируемым. Для этого образуем петлю через IC4 и левую часть 1С5. С вывода 5 схемы 1С5 сигнал поступает на вывод 3 схемы 1С2. С помощью двоично-кодированного десятичного переключателя BCD теперь можно устанавливать частоту от 440 до 449 Гц, причем диоды DI - D4 образуют логическую схему И.
Полученный таким образом делитель частоты 88 кГц на коэффициент от 440 до 449 формирует сигнал с частотой, которая сравнивается с кварцсванной частотой 200 Гц и подстраивается до тех пор, пока они не будут полностью совпадать по значению и фазе. Иными словами, имеют место колебания с точной частотой, стабилизированной кварцем. До тех пор пока схема ФАПЧ работает неэффективно, в контрольной точке МР5 (вывод 1 схемы IC2) появляются короткие импульсы. И так как при возврате схемы в исходное состояние каждый раз должны использоваться несколько делителей, для обеспечения надежной работы устройства в схемы были установлены транзисторы Пи Т2.
Монтаж схемы согласно рис. 3.12 не представляет особых трудностей. Корпус можно выбрать произвольно, только нужно как следует подогнать места для размещения батареи н громкоговорителя. Правильное подключение кодирующего переключателя также не вызывает дополнительных проблем. Скачкообразное изменение высоты звука от 440 до 440 Гц можно отчетливо прослушивать, если счет в обратную сторону переключается с нуля на девять.
В заключение отметим, что тон а1 (соль первой октавы) устанавливается в диапазоне от 440 до 449 Гц с помощью синусоидального сигнала.
Потребление тока при напряжении питания 10 В для логических элементов составляет 3,9 мА, с оконечной ступенью 9,5 мА, а полная амплитуда на сопротивлении нагрузки 8 Ом 80 мА.
Глава 4. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ РАДИОУПРАВЛЯЕМЫХ МОДЕЛЕЙ
Имитатор шума дизеля для модели катера
Некоторые шумы можно получить довольно просто с помощью электронных устройств. К ним относится также этот имитатор шума дизельного двигателя для модели катера.
Шипящий клокочущий шум возникает во время работы транзистора И прн обратном смещении его эмиттерного перехода (рис. 4.1). Его модулирует генератор трапецеидальных импульсов на интегральной схеме 1С1, который предназначен для обеспечения медленных процессов. Частота повторения трапецеидальных импульсов изменяется с помощью подстроечного потенциометра Р. Оконечная ступень без напряжения смещения обеспечивает громкость устройства.
Однако не следует ожидать высокой достоверности воспроизведения шума дизеля. Достоверность воспроизведения шума дизеля тем выше, чем больше система Малогабаритного громкоговорителя. Дело в том, что эта система имеет в катере всегда достаточную отражательную- доску громкоговорителя. Единственной проблемой такого имитатора шума является необходимый для его работы источник питания напряжением 8 В. Поэтому рекомендуется использовать три плоских батареи по 4,5 В каждая.
Печатная плата имитатора шума приведена на рис. 4.2. Подчеркнем, что целесообраяо выбирать динамическую головку со звуковой катушкой сопротивлением 8 Ом.
Рис. 4.1. Схема генератора шума и генератора трапецеидальных импульсов, имитирующих типичный шум дизеля
Рис. 4.2. Печатная плата имитатора шума модели катера (а) и его монтажная схема (б)
Электронный тахометр с пределом измерения 100 000 об/мин
Малогабаритные двигатели для моделей транспортных средств, самолетов и корабля являются, как правило, высокооборотными. Предлагаемый тахометр охватывает диапазон до 100 000 об/мин.
Поскольку в этом тахометре используется оптический принцип действия, он обладает большими возможностями. При измерении частоты вращения непосредственно используется пропеллер, гребной винт или специальная наклеенная полоска на приводном валу прибора. Принцип действия такого тахометра довольно прост: полоска или воздушный винт отражают свет при каждом проходе через световой пучок, счетчик считает импульсы, которые поступают в определенное время, а семисегментный индикатор выдает полученный результат. Для обеспечения правильного режима работы тахометра для случаев его использования от одной отражательной пластинки до четырехлопастного винта предусмотрен специальный переключатель, который устанавливается в одно из положений, соответствующих определенному количеству лопастей. Для работы тахометра (потребление тока составляет примерно 40 мА) требуются батареи напряжением 9 В, а в домашних условиях блок питания на 10 В или автомобильная аккумуляторная батарея.
Для исключения влияния постороннего света на работу тахометра оптический передатчик излучает свет в инфракрасном диапазоне спектра. Кусок неэкспонированной, но проявленной цветной пленки для диафильма перед приемником ИК-диапазона защищает его в качестве ИК-фильтра от посторонних импульсов.
Теперь после объяснения принципа действия тахометра рассмотрим его принципиальную схему, приведенную на рис. 4.3. Все, что относится к оптическому передатчику, можно найти на схеме слева внизу. В этой части схемы расположены генератор, генерирующий колебания на частоте 50 кГц, половина схемы 1С8, транзистор Дарлингтона Т4 и два ИК-из- лучателя (DI, DZ). ИК-иэлучатель должен работать, как и радиолокатор, в импульсном режиме для обеспечения достаточной мощности излучения. Другими словами, через излучатель кратковременно (в течение нескольких микросекунд) протекает достаточно сильный ток (1 А) от накопительного конденсатора емкостью 33 нФ. Этот конденсатор подзаряжается через сопротивление 100 Ом в пять раз медленнее в промежутках между импульсами.
Приемник тахометра также ненамного сложнее. Интегральная схема IC1 фирмы Telefunken Ш23 Р содержит комплектный приемник ИК-диапазона вместе с усилителем. Теперь отраженные группы иктульсов открывают транзистор Т1 р-п-ртипа. Эти им-
22 к
8
16
IC7 4060 в
12
Я
04 S В 10 12 131405
1,5 н
1,21С8 40116
10 12
13
680к
О
^415В12НЮ 3
15
11
9
12
10
13
^4 2 35
16^4 11 5
5
4
3
2
IC4 4543В
8
Л!
ВС 237В
*4,78
SIC5
П95438
10 3
1211
ззал' 600 нс 1 лопасе» 100 к 300 2 лопасти 150 4 лопасти 200 нс 3 лопасти
100 к
2
2XLD271
560
4011В Т4
ВС517
ЗЗн"
ЮОИ
8С3078
100к
14
В12
Н
10
6
5
4
3
6
5
4
3
96 6 +
16 IC2 О- 1,245188 Mi
10
2
“^— '* ч2 it
1,2451ВВ 1 <Л 1,2451B8n Т°*,7В
1Г6 \15_ 22к
9 1,245188*
-^VB
g ИЗ Напряжение питания
_*-1В КМОП-схем
Т2 ВС237В
Рис. 43. Схема электронного тахометра с пределом измерения 100 000 об/мин
Рис. 44. Печатная плата электронного тахометра (е) и его монтажная схема (6)
пульсы фиксируются диодом D4 и интегрируются конденсатором емкостью 33 нФ (для образования суммарного импульса). Таким образом осуществляется управление транзистором Т2.
Сигнал на выходе Т2 имеет плавные очертания. Однако для счетчика импульсов лучше подходили бы импульсы прямоугольной формы. Поэтому половина интегральной схемы 1С6 преобразует поступающие импульсы в импульсы правильной прямоугольной формы. Обычно такие сигналы формируются с помощью триггера Шмитта. К сожалению, на плате нет соответствующего элемента. В связи с этим 1С6 включается по схеме демодулятора, т. е. через вход сброса (вывод 15). Поступающий сигнал восстанавливает цикл, и на выводе 10 возникает тактовый импульс. Этот импульс поступает от левой части интегральной схемы IC7 и образует начало интервала времени счетчика. Для настройки измерительного прибора применяется подстроечный потенциометр. Гарантированная точность прибора составляет 100 мин*1. При этом тактовое управление происходит с частотой 14 кГц. Здесь важно только то, что блокируется уже второй тактовый импульс и счетчик правильно считает. На выводе 12 устанавливается высокий потенциал (раньше был низкий потенциал).
Рис. 4.5. Схема радиоуправляемого регулятора скоростиРис. 4.5. Схема радиоуправляемого регулятора скорости
Рис. 4.5. Схема радиоуправляемого регулятора скорости
Рис. 4.5. Схема радиоуправляемого регулятора скорости
Таким образом, все остальные тактовые импульсы блокируются. Теперь на выводе 12 микросхемы высокий потенциал остается до тех пор, пока на вывод 15 не будет приложен ’Новый” высокий потенциал и счетчик установится в исходное положение. При этом на выводе микросхемы появится низкий потенциал.
В результате исключаются посторонние импульсы, длительность которых составляет менее 0,14 мс. Поступающие с вывода 12 микросхемы счетные импульсы передаются в двоично-кодированный десятичный модуль счетчика, а результаты счета индицируются на жидкокристаллическом дисплее.
Поскольку число лопастей пропеллера может быть от двух до четырех, а отражательная пластина представляет только одну из них, необходим переключатель выбора лопасти. Около этого переключателя на рис. 4.3 указаны времена обработки, которые определяются делением 600 мс на число лопастей. Микросхема 1С8 содержит также логическую схему И—НЕ и инвертор. От этого зависят выполняемые счетчиком функции.
Каждое однажды зарегистрированное прибором измеренное значение сохраняется до тех пор, пока оно не изменится. В крайнем случае это время составляет 0,6 с. Для инди- каиии пе.сятичной точки на дисплее в схеме предусмотрен транзистор ТЗ. Для индикации используются три 1/2-разрядные дисплеи на жидких кристаллах, например, FAN3132, LCD5654', F2012,3902,7543, FLB3513,739-23, 5130321, FE0201.
Предел измерения частоты вращения зависит от ширины лопасти. Для получения результата измерения длительность отраженного сигнала должна составлять 0,14 мс.
На рис. 4.4 приведена печатная плата тахометра. Следует обратить внимание на то, что четыре микросхемы для счетчика расположены под жидкокристаллическим дисплеем. Для крепления микросхем используются недорогие панели. В качестве передающих диодов применяются, как правило, счетоизлучающие диоды типа LD271 (или LD273). В случае необходимости передающие диоды припаиваются рядом с приемником, а для наружного передающего диода используется перемычка.
Для калибровки тахометра из платы вынимают микросхему IC1 и подают на ее вывод 2 от сетевого трансформатора напряжение 9 В (50 Гц). При этом переключатель устанавливают на одну лопасть и с помощью триммера устанавливают показания на 03.0, что соответствует 3000 об/мин. Разделив результат на 60 с получаем точно 50 Гц, как говорят, когда знают, все просто.
Впрочем, подумали ли вы о перемычке под микросхемой IC2 ?
Регулятор скорости
Основой схемы регулятора является микросхема IC2 фирмы Ferranti (рис. 4.5). Эта микросхема имеет выводы для подключения реле и, кроме того, формирует постоянные выходные импульсы.
Рассмотрим принцип действия схемы. Приемник выдает в течение 20 мс импульс положительной полярности длительностью от 1 до 2 нс в зависимости от положения ручки управления. В устройствах с управляющим импульсом отрицательной полярности последней инвертируется. Поступающий через вывод 14 микросхемы импульс сравнивается с внутренним опорным импульсом, определенным резистором R2 и конденсатором С4. После сравнения с опорным импульсом (длительностью 1,5 мс) учитывается тактовый сигнал управления (от 0 до 0,5 мс), который расширяется резистором R1 и конденсатором СЗ до 0—20 мс. Тактовый сигнал поступает теперь независимо от направления движения на вывод 5 или 9 соответствующей микросхемы. Но поскольку при таком исполнении регулятора скорости тактовое Правление направлением движения вперед и назад происходит с помощью одного транзистора, тактовые управляющие импульсы объединяются в функциональном элементе IC1/3. Регулирование направлением движения осуществляется через вывод 4 микросхемы, а транзистор ТЗ воздействует на реле переключения полярности.
Благодаря биполярному исполнению микросхемы ZN409 в режиме холостого хода и при обратном направлении движения через вывод 9 поступают импульсы положительной полярности. В этом случае конденсатор С7 заряжен, а на выходе элемента IC1/2 имеется отрицательная полярность. При движении вперед вывод 9 микросхемы ’Пропускает” отрицательные импульсы (зависящие от длительности тактового управления). Конденсатор СТ разряжается через резистор R7, элемент IC1/2, срабатывает включенное в коллекторную цепь транзистора Т1 реле скорости, а его контакты закорачивают транзисторы Т4, Т5.
Радиатор
положение
Сборку схемы следует начинать прежде всего с модуля управления (рис. 4.6), причем конденсатор С2 впаивается в плату только на время. В устройстве с управляющим импульсом отрицательной полярности конденсатор С1 припаивается к выходу функционального элемента ZC1, а кабель приемника к его входам. Следует также обратить внимание на то, чтобы по возможности использовались малогабаритные детали.
Представленная здесь ступень мощности может рассматриваться в качестве одного из возможных вариантов решения. Она хорошо зарекомендовала себя для модели в масштабе 1:10 с двенадцатью NiCd-элементами и с двумя двигателями типа RS-540 фирмы Mabuchi. При выборе транзисторов следует помнить о том,что напряжение между коллектором и эмиттером должно оставаться незначительным для предотвращения скачка напряжения при подключении контакта, управляющего скоростью движения модели. Это особенно характерно в моделях автомобилей.
Реле выбираются в зависимости от требуемого рабочего напряжения. Если тяговый ток не превышает 10 А, то достаточно реле с одним контактом и одним мощным транзистором.
Для мощных транзисторов целесообразно иметь выводы с клеммами для их соединения винтами, что удобно для их быстрой замены в случае неисправности.
Для проверки необходим осциллограф (высокоомный вольтметр), а также ’Мощное” сопротивление (примерио 10 Ом) или автомобильная лампа. Теперь модули соединяют друг с другом и подключают к приемнику. Вместо двигателя подключают сопротивление. Осциллограф подсоединяют к клеммам двигателя, включают передатчик и подсоединяют батарею. Затем подстроечный резистор устанавливают таким образом, чтобы на экране осциллографа не было видно тактового сигнала управления. Далее, вращая соответствующую ручку управления, добиваются появления на экране осциллографа тактового сигнала управления. Если этого не получается, то тактовые импульсы следует проверить на выводах 5 и 9 микросхемы IC2.
Заметим, что реле должно сработать только при прерванном-такте управления на, выводе 9. Конденсатор С7 следует выбирать на основе полиэфирной пленки.
Если в ходе испытаний оказалось, что реле направления движения вибрирует и его ие удается отрегулировать с помощью подстроечного резистора R3, то емкость конденсатора С2 удваивается, т. е. повышается цикл холостого хода на ручке управления передатчика.
Электродвигатель следует подключать к схеме с учетом напряжения силового аккумулятора.
Известно, что двигатель в сети может создавать помехи. Для их устранения в цепи подключения двигателя включаются небольшие катушки индуктивности (примерно 10 витков), а также конденсатор емкостью 2 мкФ. Кроме того, целесообразно раздельное расположение управляющего модуля, приемника и антенны от модуля мощности и двигателя.
При оптимальном расположении модуля мощности в направлении обтекающего потока воздуха можно выбрать радиатор существенно меньших размеров. Токопроводящие проводники в необходимых случаях должны подвергаться лужению.
Если к приемнику подключается больше одного сервомеханизма, то регулятор напряжения 7805 должен быть снабжен небольшим радиатором. При наличии в аккумуляторе меньше восьми элементов вместо регулятора напряжения нужно использовать источник питания приемника. Он применяется также и для питания током управляющего модуля. Как правило, потребление тока этого модуля составляет?—14 мА.
Для того чтобы исключить несчастные случаи при пуске модели, ее нужно слегка приподнять при подключении батареи, поскольку реле скорости срабатывает очень быстро.
В качестве IC1 используется микросхема CD4093. Для схемы кроме указанных требуются дополнительно следующие элементы: панель для микросхемы 14-полюсная (2 шт.); зажим 3-полюсный (2 шт.); зажим 8-полюсный; охлаждающий профиль (RIM или подобный); малогабаритное реле Е2,12 В, 2 контактные группы; малогабаритное реле Е2,6 В; для реле скорости возможно также El, 1 контактная группа; плата фирмы ELO3/86.
Автоматическое устройство торможения
для модели железной дороги
Эта электронная схема устройства торможения весьма проста. Она имеет только четыре вывода: два вывода для подключения питания (примерно 12—16 В переменного или пульсирующего постоянного тока) и два вывода для подсоединения пути. Это устройство торможения непосредственно может быть установлено в уже имеющемся устройстве переменного тока. Для этого, правда, требуется дополнительный трансформатор в качестве ие зависящего от остального устройства источника переменного тока. В противном случае через выпрямитель в схеме возникает короткое замыкание.
Структурная схема устройства торможения приведена на рис. 4.7. Как только поезд прибывает на требуемый участок пути, датчик оповещения занятости пути своим сигналом за-
Рис. 4.7. Структурная схема функциональных каскадов устройства автоматического торможения
Юк
ТОк
150\
Юк
1,2 К
Юк
8,7к
~С1^
1 HN8001
1,2 к
-G
1N8188
1,2 к
8700 мк 808
ВС337 2N3055
ВС587 Т1
CS ТОмк 25 В
Рис. 4Л Схема торможения
1,2 к
8С556
1М5801
0.22/8ВТ
ВС 587
15/8 ВТ
1,2 к
ТБ
ВС587
LED
Юк
Т18
шт
1N8188
Т15
1N5801 *6
1N8188,BC55S ¥
пускает ждущий мультивибратор. Снимаемый с мультивибратора импульс приводит в действие тормозную автоматику, после чего поезд медленно затормаживается и наконец останавливается. После возврата ждущего мультивибратора в исходное положение поезд снова начинает медленно трогаться и в конце концов покидает этот участок пути.
Некоторые элементы схемы описаны, например, в книжной серии "Макеты железных дорог с электронным управлением" В. Кноблоха. К этим элементам, в частности, относятся: управление длительностью импульса; триггер Шмитта; устройство для ускорения и замедления движения поезда; выравнивание кривой разряда и мощный каскад со схемой защиты. Сюда же следует отнести также схему системы оповещения и обработки сигналов. Поскольку все они уже довольно подро&о описаны, остановимся только на их особенностях.
В схеме на рис. 43 вместо четырех диодов с прямым током 4 А можно использовать также мостовой выпрямитель 4 х 1N 5401. Полуволна переменного тока сначала преобразуется с помощью триггера Шмитта (транзисторы Тб, 27) в сигнал прямоугольной формы, который с коэффициентом заполнения периода импульса примерно 03 поступает затем на схему управления длительностью импульса, выполненную иа транзисторах Т8, T9, через конденсатор С8. Коллекторный ток усилителя мощности, выполненного по схеме Дарлингтона на транзисторах Т14, Т15, протекает через два измерительных резистора.
Первый измерительный резистор сопротивлением 0,22 Ом ограничивает протекающий через транзисторы Т4 и Т10 выходной ток примерно до 2 А. Поэтому возникающие при эксплуатации схемы короткого замыкания не оказывают отрицательного влияния на ее работоспособность. Диод 1N5401 предотвращает попадание положительного потенциала на эмиттер транзистора Т15 относительно его базы, если при переходе разделительных участков на выход +G попадает постоянный ток неправильной полярности или переменный ток.
Второе измерительное сопротивление, равное 13 Ом, вместе с сопротивлением 032 Ом обеспечивает образование сигнала занятости с помощью транзистора Т5, как только поезд прибывает на этот участок пути. При этом может сработать включенное в цепь коллектора транзистора Т13 реле, Оно отключает импульсный тяговый ток от чувствительной схемы ждущего мультивибратора, напряжение которого тщательно сглаживается после стабилизатора напряжения 7810 с помощью конденсаторов С4 и СЮ.
Поскольку реле остается во включенном состоянии в течение всего времени пребывания модели на участке дороги, то его нельзя использовать в качестве источника команды торможения. Ведь в таком положении поезд больше никогда бы не мог тронуться с места. Поэтому только при срабатывании реле через конденсатор С12 поступает ’Игольчатый” импульс отрицательной полярности на элемент 555 и запускает ждущий мультивибратор. Длительность генерируемого ждущим мультивибратором импульса можно регулировать с помощью подстроечного переменного резистора. При этом происходит включение транзистора Т1 с помощью транзистора Т11.
Горизонтально расположенные на схеме в цепях транзистора Т1 резисторы с сопротивлением 10 и 13 кОм образуют делитель напряжения. Конденсатор С2 разряжается постоянным током (транзистор Т12). Через приставку ускорения и замедления движения (транзисторы Т2 и ТЗ) это сказывается на длительности импульса и приводит к сокращению длительности выходных импульсов до тех пор, пока поезд стоит.
Делитель напряжения, закорачиваемый (почти) через транзистор Т1 сопротивлением 150 Ом и дважды сопротивлением 13 кОм, выбран таким образом, что конденсатор С2 заряжается и разряжается только в той области, которая имеет значение для процесса регулирования. Без схемы стабилизации тока начало кривой разряда конденсатора С2 было бы слишком крутым и поезд затормаживался бы недостаточно "мягко’ ’.
Поскольку импульсы имеют прямоугольную форму, удается управлять даже локомотивами со ’^строптивыми” двигателями.
Начало сборки. Все подстроечные переменные резисторы смонтированы таким образом, что при регулировке по часовой стрелке их сопротивления увеличиваются (рис. 4.9).
В исходном состоянии все подстроечные резисторы установлены в крайнее левое положение до упора путем их вращения против часовой стрелки. Однако регулятор резистора ^жах поворачивают вправо. Это все относится к резисторам, показанным на принципиальной схеме в вертикальном положении. Если они расположены горизонтально, то нужно их установить в обратном направлении, т. е. по часовой стрелке.
Время пребывания (f) локомотива на рассматриваемом участке пути.
Путем вращения регуляторов по часовой стрелке можно увеличить длительность формируемого ждущим мультивибратором импульса примерно от 15 с до 2 мин. С помощью замены номинальных значений элементов RC-иепи устанавливается любой диапазон изменения импульса.
Остановка локомотива.
Рис. 4.9. Печатная плата устройства автоматического торможения (а) и его монтажная схема (б)
Этот параметр относится к наиболее важным. В случае неправильной его установки происходит нарушение в работе автоматической системы сгорания с места и торможения локомотива.
Теперь регулировка остановки осуществляется путем вращения регулятора по часовой стрелке до появления сигнала, однако локомотив еще не трогается. Затем может быть осуществлен повторный пуск ждущего мультивибратора.
Максимальная скорость.
При вращении этого резистора против часовой стрелки скорость поезда снижается. В целях обеспечения долговременной работы двигателя целесообразно уменьшить рабочее напряжение, подаваемое к плате, а не ограничивать длительность импульса с помощью регулятора Vmax-
Заметим, что две последние регулировки взаимосвязаны. Поэтому в случае необходимости их следует повторить.
Автоматика ускорения (Bs).
В результате вращения этого резистора по часовой стрелке возрастает время трогания с места локомотива. Однако следует обращать внимание на то, что когда поезд находится в конце управляемого этой системой автоматики участка пути, может произойти скачок напряжения. В противном случае скачок напряжения имеет место при переходе разделительного участка пути.
Автоматика торможения (Vz).
Путем регулировки по часовой стрелке этого резистора увеличивается время торможения и соответственно сокращается время пребывания модели на станции.
Защита от перегрузки.
Свечение красного светодиода указывает на то, что выход схемы перегружен, например, за счет короткого замыкания. Защита ограничивает ток примерно до 2 А, и вся электронная схема не подвергается опасности.
Для монтажа схемы кроме указанных на принципиальной схеме требуются следующие элементы: панель для интегральной схемы восьмиполюсная; радиатор для ТО-3; штифт для пайки (4 шт.); пружинящий штепсельный разъем (4 шт.); реле 12 В, 400 Ом, фирмы Siemens, типа V23101-A6-A101; плата фирмы ELO4/86.
Коммутирующий элемент в устройствах дистанционного управления
В устройствах дистанционного управления можно легко переоборудовать два свободных канала в распределительные каналы.
Для простоты опишем эту процедуру только для одного канала. На вход 51 схемы поступает выходной сигнал с приемника (рис. 4.10). Подключенный к ее входу логический элемент И—НЕ предназначается лишь для того, чтобы обеспечить высокое входное сопротивление схемы и инвертировать полярность сигнала.
Особенностью схемы является подключение к упомянутому логическому элементу транзистора Т1 п-р-п типа с КС-цепочкой (потенциометр сопротивлением 10 кОм, резистор сопротивлением 4,7 кОм, конденсатор емкостью 100 нФ) и второго элемента И—НЕ. До тех пор пока входной сигнал соответствует логическому 0, транзистор находится в открытом состоянии, а на выходе элемента И—НЕ действует логическая 1.
Если входной сигнал становится равным 1, то транзистор И запирается и конденсатор заряжается. При достижении определенного порогового значения сигнала происходит опрокидывание элемента И—НЕ и на его выходе возникает логический 0. Из-за медленно возрастающего напряжения к этому элементу подсоединяется триггер Шмитта.
Если входной сигнал снова принимает значение 0, то конденсатор быстро разряжается через коллектор—эмиттер открытого транзистора Т1. При этом на выходе элемента И—НЕ снова оказывается 1.
Поступающая с приемника информация представляется, как известно, в виде сигнала с широтно-импульсной модуляцией. Заметим, что постоянная времени КС-цепи выбирается таким образом, что при коротких импульсах приемника возрастающее напряжение на конденсаторе не достигает порога переключения элемента И—НЕ и триггера Шмитта. Однако при длинных импульсах приемника оно превышает это пороговое значение. Рассмотренная схема обладает следующими особенностями:
при коротких импульсах приемника (коммутирующий элемент выключен) на выходе элемента И—НЕ все время находится логическая 1;
при длинных импульсах приемника (коммутирующий элемент включен) на выходе элемента И—НЕ оказывается обычно положительное напряжение (логическая 1), которое, однако, прерывается короткими импульсами отрицательной полярности.
Рис. 4.10. Принципиальная схема коммутатора для положительных импульсов:f — напряжение положительной полярности к приемнику (4,8 — 6 В); f — напряжение положительной полярности к коммутирующему элементу; 1 — корпусРис. 4.10. Принципиальная схема коммутатора для положительных импульсов:f — напряжение положительной полярности к приемнику (4,8 — 6 В); f — напряжение положительной полярности к коммутирующему элементу; 1 — корпус
Рис. 4.10. Принципиальная схема коммутатора для положительных импульсов:
f — напряжение положительной полярности к приемнику (4,8 — 6 В); f — напряжение положительной полярности к коммутирующему элементу; 1 — корпус
Рис. 4.10. Принципиальная схема коммутатора для положительных импульсов:
f — напряжение положительной полярности к приемнику (4,8 — 6 В); f — напряжение положительной полярности к коммутирующему элементу; 1 — корпус
Возрастание напряжения на конденсаторе можно регулировать в определенных пределах с помощью потенциометра Р1 (рис. 4.10). Для этого последний согласуется с ручкой управления передатчика.
Выход элемента И—НЕ соединен с входом ждущего мультивибратора, который генерирует импульсы длительностью примерно 100 мс. Мультивибратор в известной мере ’Удлиняет” поступающие на вход "игольчатые” импульсы отрицательной полярности, поэтому на его выходе возникает постоянное напряжение. Если на вход схемы импульсы не поступают (коммутирующий элемент выключен), то сигнал на выходе спадает через 100 мс. Его длительность выбирается таким образом, чтобы она была заметно больше, чем временной интервал между поступающими от приемника импульсами (примерно 20 мс). При таком применении ждущего мультивибратора необходимым условием является его запуск импульсами приемника.
Выход ждущего мультивибратора соединяется с транзистором Дарлингтона ТЗ п-р-п-типа. Подлежащий коммутации элемент А1 подключается между положительным выводом источника питания и коллектором транзистора ТЗ. По мере необходимости (например, очень большие токи потребления) на выходе схемы подключается реле.
Описанная схема была нами смонтирована и проверена. Единственным отличием собранной схемы было использование другого усилителя мощности (рис. 4.11). Применение р-п-р-транзистора Дарлингтона имеет то преимущество, что нагрузка может быть подсоединена непосредственно между выходом усилителя мощности и его корпусом. Это, прав-
7 R90O)7 R90O)тз№8D678тз№8D678
7 R90O)
7 R90O)
тз№
8D678
тз№
8D678
~A1(2)~A1(2)Рис. 4.11. Альтернативная схема выходного усилителя, который используется только тогда, когда коммутирующий элемент действует от батареи приемника
~A1(2)
~A1(2)
ООО®ООО®ООО®ООО®Рис. 4.12. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) коммутирующего элементаРис. 4.12. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) коммутирующего элемента
ООО®
ООО®
ООО®
ООО®
Рис. 4.12. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) коммутирующего элемента
Рис. 4.12. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) коммутирующего элемента
©@© ©@© ^^@©@
©@© ©@© ©@©
да, возможно, если нагрузка может работать с напряжением приемника. Сопротивление в цепи базы р—и—риранзистора следует тогда соединить, как показано, с инвертированным выходом ждущего мультивибратора.
На рис. 4.12 приведены печатная плата (а) и монтажная схема (б) устройства.
Для сборки схемы, кроме указанных на принципиальной схеме, требуются дополнительно следующие элементы: панель для интегральной схемы 14-полюсная; панель для интегральной схемы 16-полюсная; шрифт для припайки провода (7 шт.); плата ф>фмы ELO5/86; корпус из синтетического материала по выбору и для приемника радиоуправляемой модели подходящий соединительный кабель и разъемы (или собственного изготовления).
Глава 5. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ФОТО- И КИНОТЕХНИКИ
Акустический включатель вспышки
Акустический включатель вспышки предназначен не для того, чтобы снять на пленку прекрасную соседку. Нет, это устройство можно использовать значительно эффективнее. Оно позволяет запечатлеть, например, момент удара пули в лампу накаливания и еще многие другие сюжеты, с которыми имеют дело профессиональные фотографы.
Рис. 5.1. Схема акустического включателя вспышки
Микрофон
Примерно 7 неПримерно 7 неРис. 5.2. Временные диаграммы импульсов схемы, показанной на рис. 5.1Рис. 5.2. Временные диаграммы импульсов схемы, показанной на рис. 5.1
Примерно 7 не
Примерно 7 не
Рис. 5.2. Временные диаграммы импульсов схемы, показанной на рис. 5.1
Рис. 5.2. Временные диаграммы импульсов схемы, показанной на рис. 5.1
0 JVWWWWWW Несколько милливольт
0_ллллллллп_ 9 8 [рабочее напряжение)
Моностабильный мультивибратор 1
Длительность импульса регулируется с помощью Р2
XT V Время нарастания устанавливается с помощью РЗ
Пус*-^ -.' импульс опревеляется С5 и R10
Рис. 53. Печатная плата автоматического включателя вспышки (а) и его монтажная схема (б)
Необходимо отметить, что сознательно в определенное время включается только вспышка. Таким образом, приходится работать с ’Открытой'’ камерой в полной темноте. Поскольку в этом случае время экспозиции определяется длительностью вспышки (20 мкс — 1 мс), многие регистрируемые сцены воспринимаются в виде неподвижной картины.
При изготовлении такого устройства предполагается, что у вас есть камера и электронная вспышка, а все остальное можно сделать самостоятельно. Рассмотрим акустический включатель вспышки. Для его реализации необходимы микрофон, усилитель, формирователь импульсов, устройство задержки импульсов и выключатель, а также тиристор.
Принципиальная схема акустического включателя вспышки приведена на рис. 5.1, а соответствующие этой схеме временные диаграммы импульсов — на рис. 53.
Интегральная схема 1С1 усиливает поступающий от электретного конденсаторного микрофона сигнал до его ограничения. Поэтому на выходе схемы получается сигнал прямоугольной формы (точка 2). С помощью регулировочного потенциометра Р1 можно предотвратить включение вспышки паразитными шумами. Уже первый нарастающий фронт выходного напряжения опрокидывает ждущий мультивибратор (С1 н CZ) (точка 3), который служит для того, чтобы получить достаточную энергию для заряда цепи временной задержки (точка 4), выполненной на резисторе R9, регулировочном потенциометре РЗ н конденсаторе С6, до тех пор пока не сработает второй ждущий мультивибратор (точка 5). При этом удобно наблюдать за светодиодом LED, который вспыхивает при 'Попадании в цель”. Кроме того, таким образом предотвращается слишком раннее загорание вспышки при другом ’Попадании”.
При фотографировании с лампой накаливания не требуется устанавливать задержку импульса. Необходимую очень короткую задержку лучше установить с помощью удаления источника звука от микрофона. Звук проходит расстояние 34 см за 1 мс, а пуля при скорости 1200 м/с проходит за такое же время расстояние уже 1,2 м. Эти значения приведены здесь только для того, чтобы показать порядки величин. При проведении съемок следует удалить (или отключить) конденсатор С6,
Вернемся, однако, к работе схемы. Лишь в том случае, когда конденсатор С6 достаточно заряжен, срабатывает второй ждущий мультивибратор (7 мс). Это вполне достаточно для включения тиристора TIC 106 через транзистор Т2, включенный по схеме эмиттерного повторителя в качестве усилителя тока. Этот тиристор используется в качестве контакта на вспышке.
При комплектовании прибора не возникает никаких трудностей, если все элементы используются по назначению (рис. 5.3). Неправильно вставленные интегральные схемы после первого включения устройства в большинстве случаев сразу же выходят из строя. Причем следует подчеркнуть, что они являются в схеме самыми дорогими.
С током покоя 1 мА батарея напряжением 9 В может работать примерно 100 ч, если вы забыли выключить акустический включатель.
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме требуются дополнительно следующие элементы: плата фирмы ELO 8/85; миниатюрный электретный встроенный капсюльный микрофон типа EU-6 или подобный для работы с напряжением 9 В; выключатель.
Универсальный таймер для кино- и фотолюбителей
К наиболее часто используемым вспомогательным электронным приборам для фото- и кинолюбителей относятся следующие устройства:
прибор для киносъемочной камеры, который в качестве переключателя интервалов позволяет производить автоматическую съемку через выбранные промежутки времени отдельных изображений или сцен;
программируемое реле времени для автоматического показа диапозитивов;
автоматический включатель с регулируемым режимом работы для фотоаппарата и дополнительно программируемого метража кадра для киносъемочной камеры;
спусковое устройство с большой выдержкой времени для фотоаппарата в положении затвора В, поскольку завод-изготовитель, как правило, ограничивает максимальную выдержку;'
таймер для установления выдержки фотоувеличителя;
датчик времени проявления фотопленки н фотобумаги;
Т) устройство для многократного срабатывания фотовспышки.
Все эти приборы можно реализовать с помощью интегральной схемы типа 556 (или 7556 с меньшим потреблением тока) и несколько дополнительных пассивных элементов. Для других целей используется датчик/формирователь импульсов.
Интегральная схема содержит два управляемых модуля типа 556. Представленная на принципиальной схеме (рис. 5.4) слева часть устройства приводится в действие с помощью двухполюсного переключателя в виде несинхронизированного или ждущего мультивибратора. С выхода несинхронизированного мультивибратора поступают импульсы через временные промежутки
R3 + 2R4
ко второй части схемы. Здесь сопротивление R3 образуется из сопротивления 47 кОм н части сопротивления Р1.
В целях обеспечения хорошей воспроизводимости длительности импульсов с помощью потенциометра перекрывается только несколько больше одной декады. При использовании трех сменных конденсаторов с емкостями 1, 10 и 100 мкФ соответственно перекрывается область от 0,1 с до 1 мин. Следует обратить особое внимание на рабочие напряжения используемых электролитических конденсаторов, например, конденсатор с емкостью 1000 мкФ выбирается на рабочее напряжение 40 В, а конденсатор с емкостью 1 мкФ — на 25 В.
Ждущий мультивибратор срабатывает после нажатия на кнопку таймера или после подачи отрицательного импульса на его входные клеммы. Продолжительность его нахождения в квазистабильном состоянии определяется сопротивлением резистора R1 и емкостью конденсатора С (Тт * 1,1 RC). Времена Та и Тт хотя и не равны, но имеют одинаковый по-
Гнездо с контактной пру-ц, миной5б]—• о /о\ 8 В -15 а
1000м*1253, цП “ или дольше* ™г? \ I1000м*1253, цП “ или дольше* ™г? \ I2 Напр. от блокапитания■II|Д,7мк ~2 Напр. от блокапитания■II|Д,7мк ~е ТООМ* |—1|^ е| 10 м* HIF £6 7мк|II- S"t" О.Тмк)—|)е ТООМ* |—1|^ е| 10 м* HIF £6 7мк|II- S"t" О.Тмк)—|)сзсз$1$1£i_pPs1£i_pPs133556556R1R1зТзТВход °"Вход °"ПускПускТаЗТаЗ10*3*D110*3*D111:10I 3С5|11:10I 3С5|сиси100*100*R81,0R81,0ПеремычкаПеремычка52 ,52 ,Чип» ЯппииЧип» ЯппииИ вс 337И вс 337(или больше)(или больше)Зеленый | меле-p ^Зеленый | меле-p ^
1000м*1253, цП “ или дольше* ™г? \ I
1000м*1253, цП “ или дольше* ™г? \ I
2 Напр. от блокапитания
■II|Д,7мк ~
2 Напр. от блокапитания
■II|Д,7мк ~
е ТООМ* |—1|^ е| 10 м* HIF £6 7мк|II- S"t" О.Тмк)—|)
е ТООМ* |—1|^ е| 10 м* HIF £6 7мк|II- S"t" О.Тмк)—|)
сз
сз
$1
$1
£i_pPs1
£i_pPs1
3
3
556
556
R1
R1
з
Т
з
Т
Вход °"
Вход °"
Пуск
Пуск
ТаЗ
ТаЗ
10*3
*
D1
10*3
*
D1
11
:10
I 3
С5|
11
:10
I 3
С5|
си
си
100*
100*
R8
1,0
R8
1,0
Перемычка
Перемычка
52 ,
52 ,
Чип» Яппии
Чип» Яппии
И вс 337
И вс 337
(или больше)
(или больше)
Зеленый | меле-p ^
Зеленый | меле-p ^
Рис. 5.4. Принципиальная схема универсального таймера для кино- и фотолюбителей
рядок величин, поэтому из-за перекрытия их диапазонов здесь также можно использовать предложенные выше значения емкостей.
С другой стороны, совсем необязательно применять для обоих режимов работы указанные выше значения емкостей конденсаторов. Для этих целей можно использовать также конденсаторы емкостью 3,3,33 мкФ и т. д. или 4,7,47 мкФ и т. д.
Первая часть схемы работает исключительно как ждущий мультивибратор. В квази- стабильном состоянии, продолжительность которого Т'т, определяется элементами R*^ и C-v высокий потенциал прикладывается к выводу 9 интегральной схемы. Значения емкостей С и С'можно выбирать независимо друг от друга. Однако нецелесообразно подавать запускающий импульс на правую часть схемы, если она находится в квазистабильном состоянии. К выводам с и б (рис. 5.4) можно подключить внешние конденсаторы.
В том случае, если с помощью кнопки или запускающего внешнего импульса должна сработать левая часть схемы, необходимо соединить вывод 8 с выводом 6 вместо вывода 5. Дополнительный переключатель в большинстве случаев, однако, является лишним, поскольку емкость конденсатора С очень мала.
Через вывод 9 таймера относительно его минусового полюса может протекать максимальный ток 200 мА. Поскольку для реле, включающего сетевой ток, в некоторых случаях требуется больший ток, в схеме предусмотрен дополнительный транзистор Т1. Для того чтобы полностью отделить напряжение сети от схемы (например, при работе таймера в качестве часов, определяющих выдержку для фотоувеличителя в темном помещении), в прибор встраивают два соединительных штифта для внешнего реле. Параллельно реле обязательно нужно подключить защитный кремниевый диод.
С помощью тиристора можно управлять импульсными осветительными приборами, выключателями цепей возбуждения, лампами с собственным источником напряжения или ’безупречным" гальваническим разделением от сети. Для этого необходимо соединить затвор тиристора через защитное сопротивление с выводом R схемы (рис. 5.4). С помощью мостикового выпрямителя с четырьмя кремниевыми диодами решается проблема выбора полярности в нагрузочном контуре (рис. 55). Требуемые типы реле, тиристора и диода
Рис. 5.5. Тиристор и мостиковый выпрямитель, заме- няющие реле до напряжения 30 В
8...15В1 100 м*™.
но-*
05 0,1м*
04 /мк
556
06 ЮН
НН
Красный
Р1 1М
100 мк
НО*
02
ТаЗ 011 100 и
4,7к
СЗ^Ом
Нм
С/.
НО*
1000м* ,35В
R3 47* 07
вход
JL 09
VT 10 мк
Реле
м
С12
С13
0,1 мк
ЮО* С8„ W|
R8
R7 300
Зеленый
Р2 1М
Ji *015
?5^ х
/МК .014 НН
10 м*
.016
НН
1000м*/35В
80337
Реле
Рис. 5.6. Печатная плата универсального таймера (а) и его монтажная схема (6)
выбираются потребителем исходя из напряжения источника питания и нагрузки. Поэтому здесь не приводятся их конкретные данные.
Светодиод D2 с добавочным сопротивлением R7 для ограничения тока служит в схеме для обеспечения оптического контроля за ее работой (рис. 5.4). Подобное устройство (D1, R5) включено также между выводом 5 и минусовым полюсом таймера для индикации левой части схемы. Однако нужно заметить, что при этом возрастает нагрузка батареи. Из-за высокого потребляемого реле тока в схеме необходим блок питания. Стабилизатор на интегральной схеме типа 7806 стабилизирует рабочее напряжение.
После сборки прибора его готовая плата (рис. 5.6), оба поворотных переключателя и в некоторых случаях источник питания устанавливаются в специальном корпусе. Для сильноточного реле рекомендуется иметь дополнительно второй корпус с собственным сетевым
шнуром н штепсельной розеткой с защитным контактом для потребителя. Оба корпуса соединяются друг с другом с помощью соединительных проводов, причем штепсельное соединение рекомендуется иметь на таймерном блоке. В качестве блока питания (защищенного от прикосновений к токоведущим частям) рекомендуется использовать блок питания с кабелем для трехполюсной штепсельной вилки. Таким образом, напряжение сети и низкое напряжение полностью разделяются друг от друга.
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме дополнительно требуются следующие элементы: сильноточное реле 6 В с двумя одноконтактными группами; штепсельное гнездо, согласованное с блоком питания, кнопка с замыкающим контактом (3 шт.),‘ двойной выключатель; поворотный переключатель 1x6 (или 1 х 12); корпус по выбору (2 шт.); плата фирмы ELO1/86.
Глава 6. ЭЛЕКТРОНИКА В АВТОМОБИЛЕ
Автоматическое устройство для работы стеклоочистителя
Моросит дождик. Я включаю стеклоочиститель. Два-три цикла работы щеток, и ветровое стекло становится сухим. Я выключаю стеклоочиститель. Но через 30 с стекло снова становится грязным. Я вновь включаю стеклоочиститель и т. д,
Такой режим работы не рационален ни для переднего стеклоочистителя, ни для заднего. Последний в этом случае часто работает ’ho сухому", поскольку на заднее стекло попадает меньше капель дождя (правда, это компенсируется большим количеством грязи). Однако уже довольно давно известны стеклоочистители периодического действия, используемые, например, в современных автобусах. Поэтому предлагаемая система представляет определенный интерес для всех транспортных средств, учитывая ее невысокую стоимость.
В этом устройстве прежде всего предусматривается длительное время включения стеклоочистителей. Для обеспечения полной очистки стекла от влаги и грязи при первом включении двигателя щеток требуется 8 с. В дальнейшем, чтобы поддержать стекло в чистом состоянии, нужно включить стеклоочистители лишь на 2 с. Этого времени вполне достаточно для того, чтобы привести схему самоудержания двигателя щеток. Однако главное значение здесь имеют паузы между очередными циклами работы двигателя стеклоочистителя. Их продолжительность регулируется с помощью внешнего подстроечного резистора (особенно это важно для заднего стекла автомобиля) в длиапазоне от 5 до 40 с (рис. 6.1).
Тактовый режим работы этого устройства обеспечивает операционный усилитель ТСА 335 А, поскольку он допускает подключение к схеме высокоомных КС-цепей из-за
Выкл.
Рис. 6.1. Принципиальная схема устройства плавной регулировки паузы при работе стеклоочистителя
Рис. 6.2. Схема автоматического устройства для регулирования работы стеклоочистителя, используемая в старых транспортных средствах
О-
15
53
! 535
66
весьма малых входных токов (меньше 20 нА). Выходной ток операционного усилителя обеспечивает срабатывание реле. Правда, в этом случае приходится включать двигатель через нормально замкнутый переключающий контакт.
Первый, самый большой интервал включения двигателя осуществляется благодаря тому, что вре- мязадающий электролитический конденсатор С должен быть заряжен лишь один раз до напряжения, определяемого делителем напряжения (2,7/3,3 кОм) и резистором ЯДДля следующих интервалов включения это напряжение определяется напряжением всего лишь на резисторе R1. Электролитический конденсатор С разряжается через резистор R3 и внешний регулировочный потенциометр R31, который определяет продолжительность паузы.
Два диода 1N4148 служат для обеспечения заряда и разряда электролитического конденсатора. Третий диод 1N 4148 предотвращает образование пиков напряжения на реле. Аналогичные функции выполняет и диод 1N 4001, подключенный параллельно двигателю. Несколько ’Экзотичный” диод 1N 5624 предотвращает попадание напряжения на переключатель интервала включения двигателя при непрерыв-
53а 535 53
3180086-5
ном режиме работы схемы, что могло бы привести к ее неустойчивому состоянию. Следует еще упомянуть о том, что стандартный стеклоочиститель должен иметь переключатель на три положения, как это показано на принципиальной схеме.
Переключатель М Потенциометр
НН
Рис. 6.3. Печатная плата устройства (а) и его монтажная схема (6)
1NW8
Поскольку в автомобиле почти всегда повышенная влажность, целесообразно производить заливку готовой схемы специальной массой. При этом заливочная масса не должна проникать внутрь реле. Кроме того, подсоединительные клеммы следует выбирать такими прочными и зажимать соединительные провода так сильно, чтобы они выдержали вибрации, возникающие в автомобилях с жесткой подвеской.
В автомобилях старой конструкции, оснащенных двухступенчатыми переключателями стеклоочистителя, нельзя включать реле по схеме, показанной на рис. 6.1. Поэтому ее приходится немного переделывать (рис. 6.2). В этом случае применяется реле с одним нормально замкнутым контактом. Здесь следует обратить внимание на то, что клеммы 53е разъединяются с клеммой 31е, и соответствующее соединение осуществляется через выводы 87 и 87а реле. При известных обстоятельствах может потребоваться введение дополнительной ступени реле.
Такое реле лучше всего установить под кожухом двигателя стеклоочистителя, потому что в этом месте его подключать удобнее всего. Саму плату этого устройства (рис. 6.3) можно смонтировать, например, под приборным щитком автомобиля. Вместо потенциометра для обеспечения тактового режима работы стеклоочистителей иногда используется также ступенчатый переключатель на несколько положений. Тем самым задаются определенным образом установленные интервалы включения щеток и не требуется долго вращать движок потенциометра для обеспечения в конце концов нужного режима их работы.
Ступенчатый переключатель, естественно, устанавливается таким образом, чтобы водителю было удобно им пользоваться.
В заключение напомним с том, что при проведении работ, связанных с электрооборудованием автомобиля, прежде всего нужно соединить клемму аккумулятора, т. е. отключить питание.
Для сборки схемы, кроме указанных на принципиальной схеме, дополнительно требуются следующие элементы: плате фирмы ELO 6/85; переключатель на три положения, 3 А; шестипозиционная клемма; реле V23O27-A002 фирмы Siemens; корпус 66Н130 фирмы Bilrklin.
Контроль за температурой охлаждающей жидкости
Нарушение нормального режима работы системы охлаждения автомобиля может привести к заклиниванию поршней в цилиндрах двигателя, обгоранию головок клапанов, выгоранию смазки и другим неисправностям в связи с поломкой насоса, термостата или протеканием радиатора. Поэтому в автомобиле должна быть предусмотрена звуковая сигнализация на случай испарения горячей жидкости и световая сигнализация, оповещающая о чрезмерном нагреве охлаждающей жидкости.
Для обеспечения контроля за температурой жидкости используется специальный прибор — дискриминатор. Он фиксирует в виде полезного сигнала напряжение в диапазоне от 6 до 9 В. В нашем случае граничные значения напряжений соответствуют нижней и верхней температурам. Для преобразования температуры в напряжение предусмотрен терморе- зистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Он уже имеется в автомобиле.
Правая часть схемы (рис. 6.4) — внутреннее сопротивление прибора (индикатор температуры) и сопротивление терморезистора (датчик температуры) образуют делитель напряжения. Отрицательный температурный коэффициент терморезистора обусловливает уменьшение его внутреннего сопротивления при повышении температуры. Это приводит к тому, что в точке 3 схемы напряжение уменьшается, если повышается температура охлаждающей жидкости.
Значения образующихся напряжений не играют существенной роли, поскольку, как видно из схемы, их можно регулировать. Для этого используются два подстроечных потенциометра Р1 и Р2, рассчитанных для данного диапазона температур. В схеме дискриминатора предусмотрены еще два выхода для подключения светодиодов. Последние сигнализируют о состоянии охлаждающей жидкости - не слишком ли. низка или высока ее температура. К выходу дискриминатора, оповещающему о повышенной температуре, подключен зуммер, который включается в том случае, когда двигатель сильно нагревается.
Монтаж устройства для контроля температуры осуществляется на печатной плате (рис. 6 Л) и не представляет больших проблем.
Относительно настройки этого устройства необходимо сказать, что сведения с температуре прогретого двигателя являются весьма приблизительными. Поэтому можно было бы принять за нормальную температуру двигателя 70*С. Нс если охлаждение двигателя происходит под давлением, то температура 100*С оказывается не слишком высокой. Однако
Температура воды Температура боды слишком мала слишком делика
+ 72 В
^Корпус
+126
ИнЗикатор температуры
Рис. 6Л. Принципиальная схема устройства контроля температуры охлаждающей жидкости. Контроль напряжения происходит с помощью так называемого двухпорогового дискриминатора:
-т- — металлопленочный резистор (10 кОм) в зависимости от модели автомобиля
Смонтировано 6 \а6томо5иле
Рис. 6Л. Печатная плата дискриминатора температуры (а) и его монтажная схема (6)
температуры
Термочувствительный элемент
в большинстве автомобилей температура в диапазоне от 85 до 90*С соответствует нормальному режиму работы двигателя автомобиля.
Схема должна быть настроена таким образом, чтобы сигнал о повышенной температуре двигателя предшествовал его выходу из строя. Используемый в схеме дискриминатор реагирует уже на изменения в несколько милливольт.
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме требуются дополнительно следующие элементы: плата фирмы ELO 5/85; шестиполюсная клеммная колодка; светодиод (2 шт.); зуммер 12 В, 30 мА.
Сигнализатор гололеда
Каждый водитель знает, что такое гололед. В такую погоду резко возрастает количество дорожно-транспортных происшествий. Поэтому трудно переоценить необходимость специального устройства, сигнализирующего о температуре окружающего воздуха. При снижении температуры ниже 4°С контрольная лампочка (светодиод), выведенная на приборный щиток автомобиля, начинает мигать. Если температура продолжает снижаться, частота мигания увеличивается, а при температуре —ГС светодиод перестает мигать и горит постоянно. Когда температура достигнет —6°С, устройство отключается.
Схема этого устройства реализуется с помощью двух компараторов. Операционные усилители переключают реле, если измеряемое напряжение превышает его опорное значение даже на несколько микровольт. Преобразование измеряемого напряжения из температуры осуществляется посредством полупроводникового терморезистора, включенного в цепь делителя напряжения.
На рис. 6.6 делитель напряжения расположен в левой части схемы. В верхнем компараторе с помощью RI, R2 и С возбуждаются медленные колебания в том случае, если напряжение на выводе 2 превышает опорное напряжение на выводе 3. Подчеркнем, что сопротивление терморезистора с уменьшением температуры возрастает и соответственно повышается напряжение на выводе 2.
Если ко входу операционного усилителя прикладывается высокое напряжение, то на его выходе оказывается низкое напряжение, которое и открывает транзистор Т1 р-п-р-ти- па. Это приводит к тому, что начинает мигать светодиод, включенный в коллекторную цепь этого транзистора. Известно, что в операционных усилителях типа LM393 коллекторы являются "открытыми”, поэтому резисторы подсоединяются к положительному выводу источника питания.
Рис. 6.6. Принципиальная схема сигнализатора гололеда
Рис. 6.7. Печатная плата (а) и монтажная схема (б) сигнализатора гололеда
Нижний компаратор выполнен почти аналогичным образом, но он не генерирует колебания. В том случае, если становится слишком холодно, возрастает напряжение на его выводе 5 (как и на выводе 2) относительно опорного напряжения на выводе 6 (устанавливаемого с помощью потенциометра Р2), и вывод 7 становится положительным, что сразу приводит к отключению светодиода.
Для исключения ошибочной сигнализации прибора в цепи питания включаются резистор сопротивлением 12 Ом и конденсатор емкостью 470 мкФ, которые фильтруют паразитные импульсы, поступающие от источника питания.
Плата прибора со смонтированными на ней деталями (рис. 6.7) устанавливается в пластиковом корпусе, а светодиод монтируется в удобном для обозрения месте на приборном щитке автомобиля. Чувствительный элемент этого устройства лучше всего установить за радиатором, для того чтобы защитить его от механического повреждения и попадания влаги.
Электрические цепи сигнализатора гололеда подключаются к кузову машины ( — ) и замку зажигания (+ ).
Перед непосредственной установкой сигнализатора его нужно настроить и проверить. Для этого чувствительный элемент прибора помещают в холодильную камеру. Затем с помощью потенциометра Р1 (рис. 6.6) при температуре 4 *С устанавливают такой режим, при котором светодиод начинает мигать. При снижении температуры на 5 °C никаких регулировок не требуется, схема все делает автоматически. При дальнейшем понижении температуры с помощью потенциометра Р2 добиваются, чтобы светодиод погас.
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме дополнительно требуются следующие элементы: плата фирмы ELO11/84 и экранированный кабель.
Светодиодный указатель напряжения автомобильного аккумулятора
Если напряжение аккумулятора колеблется в диапазоне от 11 до 12,5 В, то на приборном щитке автомобиля горит красный светодиод. Если напряжение меняется а пределах от 12,5 до 14,5 В, то горит зеленый светодиод. Это означает, что аккумулятор полностью заряжен или во всяком случае ие требуется его подзаряжать, поскольку при таких напряжениях он подзаряжается от генератора. Если же горят оба (красный и зеленый) светодиода, то на этот режим работы следует обратить внимание, поскольку регулятор напряжения не выполняет своих функций.
Теперь рассмотрим принцип работы схемы указателя напряжения (рис. 6.8). Два операционных усилителя вместе с делителями напряжения, размещенными в общем корпусе, образуют два компаратора, которые срабатывают при напряжениях Ии 12,5 В (резисторы R1 и R2) и подают сигналы на управление соответствующих светодиодов. Особенностью схемы является то, что резисторы, включенные между выходами операционных усилителей и их неинвертированными входами, и резистор R3 с диодом 1N4148 обеспечивают на выходе устройства низкий потенциал. Поэтому, начиная с рабочего напряжения 14,8 В (оно устанавливается с помощью резистора R3), горят оба светодиода.
Совершенно ясно, что перед непосредственной установкой схемы прибора на автомобиль ее нужно настроить и проверить. Особенно существенно влияние на работу схемы оказывают подстроечные сопротивления. Поэтому остановимся подробнее на их регулировке.
Сопротивление подстроечных резисторов выбирают с помощью регулируемого блока питания и вольтметра. Регулировку следует начинать с напряжения 11В. Сначала, начиная с максимального сопротивления подстроечного резистора R1 (это исходное положение всех трех подстроечных резисторов), устанавливают его движок в такое положение, при котором зажигается красный светодиод. Затем за счет регулировки сопротивления резистора R2 при напряжении 12,5 В добиваются загорания зеленого светодиода. А при напряжении 14,8 В с помощью подстроечного резистора R3 добиваются загорания красного и зеленого светодиодов.
Печатная плата и монтажная схема указателя напряжения приведены на рис. 6Э.
При установке этого прибора в автомобиле необходимо обратить внимание на то, чтобы его соответствующие элементы были тщательно изолированы от кузова автомобиля. Специальная прокладка из пенопласта предохранит плату и подстроечные резисторы от разру
Рис. 6Л. Схема указателя напряжения аккумулятора
Рис. 6.9. Печатная плата (а) и монтажная схема (6) указателя напряжения аккумулятораРис. 6.9. Печатная плата (а) и монтажная схема (6) указателя напряжения аккумулятора
Рис. 6.9. Печатная плата (а) и монтажная схема (6) указателя напряжения аккумулятора
Рис. 6.9. Печатная плата (а) и монтажная схема (6) указателя напряжения аккумулятора
шения. Минусовая клемма должна быть изолирована от кузова, а плюсовая — от замка зажигания. В этом случае указатель напряжения будет регистрировать напряжение аккумулятора только во время движения автомобиля.
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме дополнительно требуются следующие элементы: плата фирмы ELO 8/84 и корпус по выбору.
Глава 7. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА
Генератор сигнала низкой частоты с фазовой автоматической подстройкой
Современные генераторы низкой частоты должны иметь кварцевую стабилизацию и ступенчатую регулировку частоты через каждые 10 Гц в диапазоне от 10 до 99 990 Гц. Кроме того, они должны обеспечивать регулируемое во всем диапазоне частот выходное напряжение, а также различные формы колебаний (синусоидальную, треугольную и прямоугольную). Однако по другим параметрам, например фазовому дрожанию, фазовым искажениям и спектральной частоте, такие генераторы могут уступать аналогичным промышленным образцам. Ниже остановимся только на рассмотрении генераторов, предназначенных для радиолюбителей.
Как правило, генераторы звукового и ультразвукового диапазонов основаны на принципе синтеза частот. Основным элементом прибора является генератор, управляемый напряжением (ГУН). Частота его колебаний варьируется в зависимости от изменения постоянного напряжения. Примером такого генератора может служить известный функциональный модуль на интегральной схеме IC4, показанный на рис. 7.1. Преимущество этого модуля заключается в том, что в ием также генерируются колебания треугольной и синусоидальной формы.
Постоянное значение генерируемой частоты поддерживается с помощью системы фазовой автоматической подстройки (ФАПЧ). Для этого прежде всего требуется точная опорная частота. Последняя формируется кварцевым генератором на интегральной схеме IC1, возбужденным на частоте 3,2768 МГц с последующим ее делением до 200 Гц (вывод 3). После этого на интегральной схеме IC2 осуществляется деление частоты сначала на 10, а затем на 2, а в итоге она снижается до 10 Гц. Далее опорный сигнал с частотой 10 Гц поступает на модуль ФАЛ (ZC3). Но это, конечно, еще не все.
Частота колебаний снимается с ГУН ЦС4) в виде сигнала прямоугольной формы (вывод 11) и поступает на триггер Шмитта N2. С выхода триггера Шмитта сигнал подается на выходную схему, построенную на транзисторе Т4, где и формируется выходной сигнал прямоугольной формы с помощью полупроводникового стабилитрона. С выхода триггера Шмитта этот сигнал поступает также и на интегральные схемы IC5 и IC6, каждая из которых содержит схему деления на 10. С помощью присоединенных
Рис. 7.1. Принципиальная схема генератора низкой частоты с фазовой автоподстройкойРис. 7.1. Принципиальная схема генератора низкой частоты с фазовой автоподстройкой
Рис. 7.1. Принципиальная схема генератора низкой частоты с фазовой автоподстройкой
Рис. 7.1. Принципиальная схема генератора низкой частоты с фазовой автоподстройкой
к микросхемам диодов и двоично-десятичного переключателя реализуется логический элемент И. В результата счетчики становятся программируемыми за счет наличия обратной связи на их входах.
Если, например, устанавливается с помощью кодового переключателя состояние счета 0248 - 2480 Гц, то резистор НИ сопротивлением 10 кОм подсоединяется к соответствующим диодам счетчика. Если счетчик считает, то путем программирования переключатель установлен всегда на выходе с низким уровнем, т. е. подключается резистор НИ. Если состояние счета достигает теперь 0248, то тогда соответствующие выходы имеют высокий уровень, а диоды находятся в закрытом состоянии. Таким образом, напряжение на резисторе НИ поднимается до высокого уровня, и через два инвертора счетчики устанавливаются в исходное положение. Цикл работы начинается снова, пока опять не будет достигнуто установленное состояние счета 0248. Тем самым частота генератора делится на 248.
Однако до сих пор контур регулирования остается еще незамкнутым. Модуль функционального генератора (IC4), который управляется с помощью его токового выхода (ГУТ — генератор, управляемый током), получал бы неправильное управление. Сигнал обнуления программируемых счетчиков ’^приспосабливается”, следовательно, к сигналу на выводе 3 модуля 4046.
При сравнении заданного и фактического значений сигнала образуется разность сигналов, которая позволяет получить при данных условиях изменение управляющего постоянного напряжения для регулирования частоты. Если это так, то зажигается светодиод D1, деблокирующий диод. Управляющее напряжение снимается с вывода 13 модуля 4046 и через фильтр, образованный резисторами R6, R7 и конденсатором С5, подается на преобразователь полного сопротивления на транзисторе Т2,
Последний создает базовый ток для регулятора тока ТЗ, который управляет выходом генератора (вывод 7 интегральной схемы IC4) и изменяет его частоту. Определяющими для частоты колебаний является ток с вывода 7 (’корпус*1), который может достигать от 1 мкА до 3 мА, а также значение емкости конденсатора между выводами 5 и 6 микросхемы. Если установленная частота колебаний генератора достигла 2480 Гц, то контур обратной связи становится замкнутым. При этом светодиод D1 гаснет.
С помощью модуля типа XR2206, к сожалению, можно устанавливать только соотношение частот от 2000 до 1, т. е. от 10 до 20 000 Гц. Для охвата всего диапазона частот необходимо переключать конденсаторы между выводами 6 и 7. Если устанавливается частота выше 2000 Гц, то на выводе 12 интегральной схемы IC6 создается сигнал прямоугольной формы, который включает аналоговый выключатель, собранный на интегральной схеме IC8, и через резистор R12 подается +10 В на вход N5. При этом заряжается конденсатор СИ. Логические элементы N5 и N6 управляют аналоговыми выключателями, которые, в свою очередь, переключают конденсаторы С9 и СЮ.
Амплитуды колебаний синусоидальной и прямоугольной формы, к сожалению, не совпадают (принимается во внимание двойная амплитуда). Необходимо отметить, что генерируемые в интегральной схеме IC4 колебания промодулированы по амплитуде.
На выводе 1 схемы IC4 регулируется амплитуда, а с вывода 2 снимается собственно выходной сигнал, который поступает к выходному усилителю (IC10 ОРЗ). Удвоенная амплитуда выходного сигнала устанавливается в диапазоне от 0,3 до 13 В.
Следует обратить внимание на то, что снимаемый с вывода И микросхемы IC4 сигнал не является в чистом виде сигналом прямоугольной формы. Поэтому для получения прямоугольного сигнала конденсатор С6 подключается к инвертору N2, который работает как триггер Шмитта.
После установки и припаивания деталей необходимо проверить правильность монтажа (рис. 12 и 7Л) плат генератора низкой частоты.
Далее поступают следующим образом.
Все подстроечные элементы устанавливают в среднее положение, а потенциометр выходного напряжения — в положение ”9 ч”.
Ключ S5 устанавливают на колебания треугольной формы, т. е. он размыкается.
Настраивают частоту на 910 Гц.
К схеме прикладывают напряжение 16 В < Ug < 20 В. Потребляемый ток при этом составляет 30 мА.
Светодиод сначала мигает и затем должен погаснуть (примерно через 1 с).
В контрольной точке 1 (вывод 3 ICHI напряжение равняется +10 В.
В контрольной точке 2 (вывод 9IC1) фиксируют частоту 3,2768 МГц.
В контрольной точке 3 (вывод 11IC2) фиксируют частоту 10 Гц.
В контрольной точке 4 (вывод 6, N7) наблюдаются колебания прямоугольной формы. 10. В контрольной точке 6 (вывод 7IC9) напряжение Ug / 2 составляет примерно +5 В.
И. Осциллограф настраивают на регистрацию сигнала синусоидальной формы.
Добиваются колебаний чисто треугольной формы. Для этого потенциометр Р1 устанавливают в положение ” 10 ч ” (среднее положение ” 12 ч ’), а с помощью потенциометра РЗ устанавливают минимальное напряжение 0,3 В.
Если выходное напряжение неожиданно резко изменяется, то сначала отключают, а затем снова включают питание схемы.
После этого повторяют всю процедуру настройки схемы сначала.
С помощью потенциометра РЗ увеличивают выходной сигнал до 5 В удвоенной амплитуды.
Ключ S5 переключают на колебания синусоидальной формы, т. е. его замыкают.
Далее с помощью потенциометра Р2 добиваются возникновения синусоидальных колебаний. Для этого движок потенциометра устанавливают в положение ”3 ч ”.
При переключении колебаний треугольной формы на синусоидальные выходное напряжение схемы не изменяется.
Следует обратить особое внимание на то, что интегральная схема 1С10 имеет склонность к возбуждению колебаний. Это происходит в том случае, если сопротивление потенциометра РЗ минимально.
В контрольной точке 5 (вывод 10 N6 и вывод 6ЮТ) фиксируют высокий уровень сигнала не менее 3 кГц и его низкий уровень не более 2 кГц.
На этом настройку схемы можно считать законченной. Для выходного сигнала характерны кратковременные изменения его амплитуды или фазы, а частота колебаний генератора постоянно варьируется, следовательно, имеет место фазовая модуляция выходного сигнала.
Рис. 7.2. Печатные платы (о, е) и монтажные схемы (б, г) генератора низкой частоты
70м к
RE
R17
R18
BC5R8
7Ок
ICIOC
R11 70k
TLO71
Co
ТРИ <k tS:
330
и
и
XR
100 н С16
R8 7м<
R318К«
CU
Со
76-20В + © ©
ТРЗ ©
ТР2 © 016
71 8С5М
?°ie
С15
ЮОмк 7В 16L1°
TPS С13 7,5к ©
R7' 22К
8С237 U
R72
R13X
7Ок
R9CS
78 k
IC1
-> НО 706
TLOBZ
л
cia
JJK
2,2K
1OMK
Выходы
Р2
500
-^-•вго
25,1
Б2-117= 7NW8
^^^^ ^^^^^c^eqё^
1^
©
©
©
^RH^
Синус./Треуг. КаРпУсПрямоуг.
г)
Рис. 7.2
Для сборки схемы кроме указанных на принципиальной схеме дополнительно требуются следующие элементы: плоский потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси Р1 (25 кОм); плоский потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота осиР2 (500 Ом); вмонтированный потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота оси РЗ (100 кОм); кварц 3,2768 МГц; панель для интегральной схемы 16-полюсная (6 шт.); панель 14-полюсная (2 шт.): панель 8-полюс- ная (2 шт.); встроенное гнездо DIN 6-полюсное; штекер 6-полюсный D1N; переключатель однополюсный одноканальный; измерительное гнездо красного цвета (2 шт.); измерительное гнездо черного цвета; двоично-кодированный десятичный переключатель АМР; корпус; плата фирмы ELO 85019-01; платв фирмы ELO 85019-02.
Генератор сигнала качающейся частоты с измерителем уровня звука
На практике часто возникает проблема согласования звуковоспроизводящей аппаратуры с акустическими свойствами помещения. Для решения этой проблемы применяется генератор качающейся частоты (свин-генератор), на выходе которого частота электрических колебаний периодически скачет вверх и вниз, симметрично относительно некоторой средней частоты. При использовании октавной полосы частот в помещении не образуются стоячие волны. Даже одного эксперимента достаточно для того, чтобы убедиться в этом. Если воздействовать произвольным низким чистым тоном на акустическую систему и перемещать ее затем по комнате, то легко заметить различия в силе звука. Подчеркнем, что частоте звука уже 100 Гц соответствует длина волны 3,34 м, а частоте 30 Гц — длина волны свыше Юм. Поэтому неудивительно, что здесь образуются стоячие волны.
Выравнивающее устройство (эквалайзер) представляет собой корректор спектра звука с несколькими (больше двух) ползунковыми регуляторами. В некоторых эквалайзерах имеется до 30 регуляторов на стереоканал, т. е. один регулятор на терцию. Одного регулятора на октаву вполне достаточно для выравнивания частотной характеристики.
Безусловно, чем более ровной становится частотная характеристика, тем точнее разделяется весь диапазон передачи сигнала. Однако оказалось, что корректировать нужно самые нижние и самые верхние частоты. Для этого достаточно обычных регуляторов низких и высоких частот. Характеристика в этом случае выглядит несколько " неровной ”, но она уже существенно улучшает качество воспроизведения. Совершенно ясно, что результаты измерения силы звука в одной и той же точке могут несколько отличаться друг от друга в зависимости от положения микрофона. Если же принять во внимание еще и посторонние шумы, то общая картина усложнится еще больше. Другими словами, преимущество качания частоты заключается в том, что измеренные значения меньше подвергаются флуктуациям и поэтому они лучше интерпретируются.
В то время как измеритель уровня звука соответствует обычному стандарту, с генератором качающейся частоты дело обстоит несколько иначе (рнс. 7.4). Генератор звуковой частоты построен на известной микросхеме типа XR2206. Эта интегральная схема является относительно дешевой, и она содержит в своем составе генератор, управляемый напряжением (ГУН). Первоначальное напряжение треугольной формы преобразуется с помощью
[jJJflK
15*
= -0,1мн
555 J
1
100 75кГц
= /мк
10 Гц
7<7мКЕ= П^К
2,4*
47н
TL071
5,1к 5кГц
10*. _ *кГц
2<7к 2КЩ
-CD—о 201
39* 7кГц
-С=Нч><\57
500Vu^~
160* 250VU. -
330* 128Ги, у ~S=3—° ?2н1- 660к 64 Гц
390* 32 Гц
13 *
14 XR
7 2206
2,2*
зъ
S2
5
6
10 12
1
7мк т
Рис. 7.4. Принципиальная схема генератора качающейся частоты
100м* выход
4,7к
10
мк
ЗВ
100^= z};
Рис. 15. Принципиальная схема измерителя уровня звука
Рис. 7.6. Печатная плата измерителя уровня звука (а) н его монтажная схема (6)
Рис. 7.7. Печатная плата генератора качающейся частоты (а) и его монтажная схема (6)
схемы формирования импульсов, включающей внешний резистор между выводами 13 и 14, в напряжение синусоидальной формы с низким коэффициентом нелинейных искажений. Выходное напряжение схемы генератора определяется с помощью резистора сопротивлением 2,2 кОм (вывод 3) значением примерно 100 мВ на выводе 2. Частота колебаний определяется конденсатором емкостью 22 нФ, включенной между выводами 5 н 6, а
Рис. 7.8. Передняя панель измерителя уровня звука
Рис. 15. Передняя панель генератора качающейся частоты
также переключаемыми резисторами перед выводом 7. Средняя частота
1
RC
С помощью размаха напряжения ±800 мВ на выходе схемы получается качание частоты, равное примерно одной октаве. При /т - 32 Гц предельные частоты составляют соответственно 24 и 40 Гц.
Частота качания 10 Гц генерируется в интегральной схеме типа 555 и с помощью интегрирующего звена, подключенного к ее выходу (вывод 3), происходит формирование пилообразных колебаний. Поэтому предоконечный каскад также включен по схеме преобразователя полного сопротивления с коэффициентом усиления, равным единице. Его высокое входное сопротивление обеспечивает возникновение в схеме пилообразных колебаний, а его низкое выходное сопротивление очень мало по отношению к ЯС-цепи, которая определяет их частоту. Стабилитрон Z с напряжением стабилизации 5,1 В обеспечивает надлежащую рабочую точку операционного усилителя. Питание генератора качающейся частоты осуществляется от двух батарей напряжением по 9 В каждая.
Для калибровки прибора для измерения уровня звука достаточно проведения относительных измерений с помощью образцового (дорогого) измерительного прибора. В нашем случае производится выравнивание только частотной характеристики громкоговорителей.
Для этого нам потребуется высококачественный электретный микрофон, для которого напряжение питания 1,5 В подается с делителя напряжения, образованного резисторами 10 кОм и 2,2 кОм (рис. 7.5).
Аттенюатор —10 дБ, —20 дБ обеспечивает ослабление сигнала при больших отношениях звукового давления. Для получения дополнительных 20 дБ операционный усилитель (ОУ) А можно установить в режим усиления. Его коэффициент усиления равен единице, если регулируемое сопротивление равно нулю. Операционные усилители S и С имеют фиксированную настройку. С помощью трех операционных усилителей добиваются общего усиления сигнала в интервале от 40 до 60 дБ.
Усилитель типа СА 3130 включен по схеме двухполупериодного выпрямителя. Следует обратить внимание на симметричное питание этой схемы. Положительное измеряемое напряжение в усилителе D еще раз усиливается и регистрируется измерительным прибором.
Включенные параллельно батареям электролитические конденсаторы предотвращают влияние возрастающего со временем внутреннего сопротивления батарей на результаты измерений.
Изготовление печатных плат н монтаж схем измерителя уровня звука и генератора качающейся частоты не вызывает особых затруднений (рис. 7.6,7.7). Генератор имеет два выходных гнезда для одновременного измерения частоты в обоих стереоканалах. Измеритель уровня звука устанавливается на штативе напротив микрофона, что позволяет производить отсчет стоячих волн на расстоянии 1 м от него.
Заметим, что любой предмет, находящийся между измерителем уровня звука и микрофоном, изменяет картину распространения стоячих волн. Поэтому измеритель размещают за этим предметом, чтобы уменьшить влияние помех.
Непосредственно сам процесс измерений осуществляется довольно просто. Сигнал качания, снимаемый с выхода генератора качающейся частоты, поступает на усилитель и ” разгоняется 11 так сильно, чтобы при среднем положении потенциометра в измерителе уровня звука стрелка прибора при его установке на предел измерений “ 1 кГц ” отклонялась примерно до середины шкалы. После этого регулятор звука устанавливают таким образом, чтобы на всех октавах отклонения сигнала по возможности оставались примерно одинаковыми.
На рис. 7.8 показана передняя панель измерителя уровня звука, а на рис. 7.9 — передняя панель генератора качающейся частоты.
Измерительный мост на транзисторах с питанием от батарей
Мостовая схема (рис. 7.10) является основой измерителя коэффициентов передачи тока биполярных транзисторов. Как только мостовая схема устанавливается в равновесное состояние, загораются оба светодиода. В противном случае горит только один светодиод, чтобы показать, в каком направлении нужно вращать ось потенциометра Р.
В схеме предусмотрены три переключателя: один для включения и выключения батареи (на рис. 7.10 он не показан), второй для переключения диапазонов измерения коэффициентов передачи по току В (от 20 до 150 и от 100 до 750) и, наконец, третий для переключения полярности транзистора с р-п-р- на n-p-n-тип. Конечно, в схеме также имеется панель для испытуемого образца Тх. Кроме батареи в корпусе прибора установлено и еще несколько элементов. *
Рис. 7.10. Принципиальная схема измерительного моста на транзисторах. Данные о токах и напряжениях относятся к одной плоской батарее
Рис. 7.11. Образец выполнения шкалы измерителя коэффициента передачи тока биполярных транзисторов
Положение рабочей точки характеристики определяется напряжением на коллекторе измеряемого транзистора Т^ Если этим транзистором управлять таким образом, чтобы его коллекторный ток составлял 2,25 мА, то через транзисторы Т1 и Т2 включатся оба светодиода. Теперь следует определить ток базы транзистора для того, чтобы вычислить значение коэффициента передачи по току путем деления коллекторного тока 1R на ток базы/д. Требуемый ток базы устанавливается
с помощью потенциометра Р, который можно легко прокалибровать. Соответствующий образец шкалы измерителя коэффициента "передачи биполярных транзисторов показан на рис. 7.11.
Таким образом, чем меньше ток базы, необходимый для получения коллекторного тока 2,25 мА, тем на меньший угол нужно повернуть ось потенциометра Р. Отсюда следует, что большие значения коэффициентов усиления по току расположены в левой части шкалы, а малые значения — в правой. Следует еще упомянуть о том, что с помощью потенциометра изменяют напряжение в материале от 0,5 до 4,5 В, которое обусловливает протекание устанавливаемого за счет регулировки резисторов R1 или R2 тока /£ через базу испытуемого образца. По закону Ома ток 1 - U / R возрастает в том случае, когда повышается
напряжение, и наоборот.
Рис. 7.12. Печатная плата измерителя коэффициента передачи тока (а) и схема размещения деталей на ней (б)Рис. 7.12. Печатная плата измерителя коэффициента передачи тока (а) и схема размещения деталей на ней (б)В схеме измерителя коэффициента передачи тока предусмотрен еще ( дин подстроечный резистор сопротивлением 1 кОм. Он позволяет использовать вега егулировочный диапазон включенного в мостовую схему потенциометра. Без этого резистора первые 0,5 В использовались бы вообще для обеспечения протекания тока через транзистор. Переключатель полярности служит для подачи отрицательного напряжения на базу и коллектор
Рис. 7.12. Печатная плата измерителя коэффициента передачи тока (а) и схема размещения деталей на ней (б)
Рис. 7.12. Печатная плата измерителя коэффициента передачи тока (а) и схема размещения деталей на ней (б)
транзистора р-п-ртипа. Диоды типа 1N4148 компенсируют температурную зависимость напряжения между базой и эмиттером испытуемого транзистора.
Сопротивление резистора R4 следует выбирать равным сопротивлению резистора R6. Чем больший ток протекает через соответствующий транзистор, тем выше падение напряжения на нагрузочном сопротивлении этого транзистора. Например, при большом токе через транзистор Т1 напряжение на базе транзистора П снижается так сильно, что гаснет LED2. Резистор R5 предотвращает протекание слишком большого тока базы через транзистор Т2.
При настройке схемы прежде всего с помощью потенциометра Р устанавливают максимальный коэффициент передачи по току. Затем за счет регулировки подстроечного резистора добиваются, чтобы измеренное с помощью высокоомного прибора напряжение Ugg было равно 1,1 В. Теперь можно измерить коэффициент передачи по току почти всех транзисторов с погрешностью менее 10%, а подбор пар транзисторов осуществить с гораздо более высокой точностью.
На рис. 7.12 изображены печатная плата и монтажная схема измерителя коэффициента передачи тока биполярных транзисторов.
Кроме указанных на принципиальной схеме для сборки прибора требуются дополнительные элементы плата фирмы ELO 9/84; переключатели и панель для транзистора.
Измеритель ионизирующих излучений
с цифровой индикацией
С помощью этого измерителя ионизирующих излучений (счетчика Гейгера) в первые дни после аварии на Чернобыльской АЭС на территории ФРГ были зарегистрированы в воздухе уровни радиации временами вплоть до 0,2 мР/ч. Такое значение сохранялось в течение нескольких суток на растениях и в почве. Число импульсов в минуту, с помощью которого можно сделать вывод об интенсивности излучения, достигало в среду, 30 апреля 1986 гч в Нижней Баварии примерно 400. К моменту написания книги частота повторения импульсов составляла свыше 20. Причем перед событиями в Чернобыле за счет космического излучения уровни радиации достигали примерно 30 импульсов в минуту. Во всяком случае информация о многократном превышении естественного уровня радиации подтверждалась показаниями этого прибора.
В почве и на растениях, и также на компостированной траве через неделю после этих событий - в Баварии шли дожди — уровни радиации превышали соответствующие значения в воздухе в два-три раза. В настоящее время измеритель излучений регистрирует несколько повышенные уровни радиации. Но кто гарантирует, что это снова не повторит-
Индикатор излучения
Формирователь импульсов
*96
Блок цифровой индикации
Рис. 7.13. Структурная схема измерителя ионизирующих излучений
JJK
680
ВС 237
*5В
|М|
ЛВС 1^57 1158
Г -Г * “А 1^^5®^ 630 В
C5
T3_
8C337-16 ^qq или BC536A
2,2 M
—— «_ «_ «_ -™— ^_ _ii jjx S S у ^
C13 330 32 76Гц,
Cmupoq>- Q SI 4»s«j&E5h пеке JUVUlJL^ §? ^ g ^>y §
Пюок
У 11Г
«П 16 /м
*58 8
^.3301О\ К
~15
2
IC23060
R23
180
Ta 2 11011
12
♦56
9m CffpocpAV raft-r- «гп юс* H
я 3'3 s
$ SE
* *
Ей
десяти Ччная 3 точка'2)12
30106
35B3
612
Ни
ГН
R19
3,7к
5s
R25 h ЮОк 64: индикация Вкл^Выкл.
♦Ue o-e ' Л- (7... муАрм! BCJOB U,zwl
52 о0птич\
"ш^Акуст. I
И
Т5
R15
inn
59
Тб
R17 1*
R12
10 Он
С7 ™ 10*10*
Z' I
J
616
3,7
T6
и
10
ST® I ^-Л10
IHK|_
СЗI Юн
Л%
*»В /7...10^
у
у |§
I р
' 105 - 78 LOS
077^^
100**^10 вq
Счетчик j
Ъ7 jf'—Iсни1»\ «Ti
Тс»| 1 % I jwi S/<4+1
, Гейгера , световое , затвор
1/5 30105
MK I 70В Перемычка I
9В
1н 13
ВС3376 или
ВС3366
I Зуммер i
I1 ТВ
Десятичная точка (Для | мР/ч) L
1413121110 3 87654321 IC1ICM 7211A
K4K3K2K1 g e a c f b d\
l75ll6l17l18i1Sl2rt2ll2ZlZJll4lZ3l26lZ7tM
Г 1-581 Г Г Г
♦56
или 35
30106
Q R
WOh ——— I—1]
R26 Г 7 11 J L
Рис. 7.14. Принципиальная схема измерителя ионизирующих излучений. Данные трансформатора:
nl — 50 витков, п2 —100 витков, пЗ —1600 витков; индикаторы излучения: f-лучи ZP1200; Р- и Т>-лучи: ZP1400; a-, Р- и f-лучи ZP1401; D3 - DS - 1N4007; D6 - D8 - ZV150; DI, D2, D9 - D24 - 1N4148; Тб, 77 - ВС 337 или ВС 338; LED - НД1107Д (общий катод); BCD - кодирующий переключатель для порога предупредительной сигнализации
ся. Вероятность появления такого события полагают один раз в 10 000 лет. И если оно произойдет, то совершенно безразлично, произошло ли оно на безопасной или на совершенно безопасной АЭС.
Почти все измерители ионизирующих излучений работают с одинаковыми системами счетчиков. Поэтому в них рекомендуется использовать счетчики Гейгера типа ZP 1400, с помощью которых можно измерять P-и у^влучения.
Особенностью прибора, структурная схема которого показана на рис. 7.13, является наличие в нем преобразователя постоянного напряжения (9 В преобразуется в высокое напряжение постоянного тока 500 В) для счетчиков. Поскольку эти счетчики потребляют только 0^ мА, блок батарей напряжением 9 В обеспечивает длительную непрерывную работу схемы устройства. Схема преобразования напряжения 500 В с транзистором Т2 в качестве
Рис. 7.15. Габариты счетчика ионизирующих излучений ZP1400 (а) и зависимость частоты следования импульсов от дозы облучения (6)
регулирующего элемента в цепи обратной связи, усилителем тока на транзисторе Т1, делителем напряжения на резисторах R4, R6, R7 и стабилитронами D6 «- D8 (рис. 7.14) обеспечивает надежную работу прибора.
Нестабильность высокого напряжения счетчика варьируется в диапазоне от 6 до 10 Б, потому что источник этого напряжения почти не нагружается.
Большой ток (до 80 мА) потребляют, конечно, светодиодные индикаторы. При этом, очевидно, можно измерять уже уровни радиации в пределах от 1 до 99 мР/ч. Для уменьшения потребления тока в некоторых случаях находящиеся слева от десятичной точки нули просто не включаются. Кроме того, световую индикацию можно и отключить.
С помощью кодирующих переключателей устанавливается порог предупредительной сигнализации и кодируется положение десятичной точки. Не следует забывать об активировании схемы предупредительной сигнализации, поскольку уже через несколько секунд после отключения питания вся информация пропадает.
При подсчете импульсов показания счетчика устанавливаются с помощью кнопки сброса Tai в нулевое положение. Измерение мощности излучения основано на 5<екунд- ном тракте. При этом, конечно, автоматическ н происходит возврат счетчика в исходное положение. Кнопка Tai отключает также н звуковой сигнал (зуммер). Выбор режима работы прибора (счет импульсов или измерение мощности излучения) осуществляется с помощью переключателя S3.
Рис. 7Д6. Выводы/С типа 4060 счетчика с собственным генератором (вид сверху)
J. 54 5; Qg Qg Q№ Q,3 Q,2J. 54 5; Qg Qg Q№ Q,3 Q,2^0 #0 *1 RES Qg Qg Q10 + U^0 #0 *1 RES Qg Qg Q10 + UНа рис. 7.15 приведена зависимость между частотой повторения импульсов и мощностью экспозиционной дозы, мР/ч. До 100 мР/ч характеристика является линейной. В этой точке частота повторения импульсов в секунду достигает 2000 или 10 000 импульсов в течение 5 с. Последнее значение необходимо для понимания калибровки шкалы прибора в мР/ч. В математической форме это можно записать следующим образом:
J. 54 5; Qg Qg Q№ Q,3 Q,2
J. 54 5; Qg Qg Q№ Q,3 Q,2
^0 #0 *1 RES Qg Qg Q10 + U
^0 #0 *1 RES Qg Qg Q10 + U
2000• 5
=100,00 мР/ч 100
или
Импульсы • 5 "■= мощность экспозиционной дозы. 100
Для промежутка времени 5 с используется выход Q^ (вывод 3) тактового генератора и делителя частоты 1С2 (рис. 7.16). С помощью подстроечного потенциометра Р (см. рис. 7.14) частота устанавливается согласно формуле
20
Е=.
s
Здесь F — частота, Гц; Q — показатель степени для данного выхода (например, 14); s — число секунд в одноы такте (например, 5 с). В результате для выбранного примера имеем
21416 384
— - -3276 Гц.
55
Теперь обратимся к конструкции прибора (рис. 7.17). Начала обмоток трансформатора на рис. 7.14 отмечены точками. Точно в такой же последовательности размещены обмотки на каркасе катушки. К сожалению, чашеобразные сердечники с размерами 18 х 14 мм едва ли имеются в продаже. Поэтому используют сердечник 22 х 13 мм с А^ = 3800 нГи и соответствующим каркасом катушки. Этот трансформатор несколько больших размеров закрепляется в центре платы с помощью винта с цилиндрической головкой М3 х 20 мм.
Для припаивания обмоток на плате предусмотрены соответствующие места. Числа витков обмоток остаются неизменными. В том случае, если частота преобразователя, измеренная на коллекторе транзистора ТЗ, существенно превышает 2 кГц, то параллельно обмотке п2 припаивается конденсатор емкостью от 10 до 100 нФ.
Этот прибор устанавливается в специальном корпусе. В специальных местах прибора сделаны надписи, которые обозначают измерение у- или g-излучений.
Технические характеристики индикатора имучениа:
Рабочее напряжение, В
Потребление тока, мА
Погрешность, % .
Напряжение на счетчике (регулируемое), В .
Длительность импульсов, мкс
Индикация
От 6 до 12
От 0,5 ДО 10 (при оптической индикации) ± 10
520
100 (максимально 10 000 имп^с)
Оптическая и акустическая
Рис. 7.17. Печатные платы измерителя ионизирующих излучений (а, в) и монтажные схемы (6, г)
—Г~Гр — металлопленочный резистор
• • • •
*Уд Z Z 1
Техничесхие характеристики схемы обработки сигналов
Рабочее напряжение, ВПотребление тока, мАПорог предупредительной сигнализации .Длительность стробирующего сигнала . . .Максимальная тактовая частота, кГц , . . .Рабочее напряжение, ВПотребление тока, мАПорог предупредительной сигнализации .Длительность стробирующего сигнала . . .Максимальная тактовая частота, кГц , . . .От 6,5 до 104 (с зуммером 28; с индикацией 80) До четырех разрядов, регулируемый Переменная, чтобы иметь возможность работать с другими счетчиками200От 6,5 до 104 (с зуммером 28; с индикацией 80) До четырех разрядов, регулируемый Переменная, чтобы иметь возможность работать с другими счетчиками200
Рабочее напряжение, В
Потребление тока, мА
Порог предупредительной сигнализации .
Длительность стробирующего сигнала . . .
Максимальная тактовая частота, кГц , . . .
Рабочее напряжение, В
Потребление тока, мА
Порог предупредительной сигнализации .
Длительность стробирующего сигнала . . .
Максимальная тактовая частота, кГц , . . .
От 6,5 до 10
4 (с зуммером 28; с индикацией 80) До четырех разрядов, регулируемый Переменная, чтобы иметь возможность работать с другими счетчиками
200
От 6,5 до 10
4 (с зуммером 28; с индикацией 80) До четырех разрядов, регулируемый Переменная, чтобы иметь возможность работать с другими счетчиками
200
Глава 8. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Сдвоенный электронный стабилизатор напряжения
Основным моментом схемы (рис. 8.1) является интегральный регулятор напряжения положительной полярности LM 317 Т в корпусе ТО-220. Он обеспечивает в интервале напряжений от 1,2 до 37 В максимальный ток 1,5 А.
Благодаря предусмотренной в стабилизаторе защите от перегрузки (ограничение тока, тепловая защита) прибор не выходит из строя даже при коротком замыкании. Стабилизатор напряжения в этом случае нагревается до температуры примерно 150 "С и регулирует выходной ток до некритичного для него значения.
Напряжение, поступающее в схему от трансформатора, выпрямляется и сглаживается с помощью элементов Gl.l, С1. Принципиально в схеме можно использовать любой трансформатор с выходным напряжением до ЗОВ/1,5 А, но в этом случае для отвода выделяющегося тепла необходим теплоотвод (радиатор). Для улучшения стабильности напряжения на выходе прибора включен конденсатор 02 емкостью 10 мкФ (рис. 8.1 и 8.2), К сожалению, такие конденсаторы на входе и выходе схемы снова вызывают "мешающие эффекты",
В ВО С1500В ВО С1500~2*В~2*ВВ ВОС 1500В ВОС 1500LM317TLM317TРегул, вход'Регул, вход'LM317TLM317T1 кз г1 кз гВторой канал аналогичен первомуВторой канал аналогичен первому1NM011NM01сг/8мкJ5Bсг/8мкJ5BВид сверхуВид сверхуКорпус соединен сКорпус соединен с2^2101NAOO1 +2^2101NAOO1 +IIсз 10 мк 35Ъсз 10 мк 35Ъ1,2„25b max 0,5А1,2„25b max 0,5А^Вход ''Выход^Вход ''Выход
В ВО С1500
В ВО С1500
~2*В
~2*В
В ВОС 1500
В ВОС 1500
LM317T
LM317T
Регул, вход'
Регул, вход'
LM317T
LM317T
1 кз г
1 кз г
Второй канал аналогичен первому
Второй канал аналогичен первому
1NM01
1NM01
сг
/8мк
J5B
сг
/8мк
J5B
Вид сверху
Вид сверху
Корпус соединен с
Корпус соединен с
2^210
1NAOO1 +
2^210
1NAOO1 +
I
I
сз 10 мк 35Ъ
сз 10 мк 35Ъ
1,2„25b max 0,5А
1,2„25b max 0,5А
^Вход ''Выход
^Вход ''Выход
Рис. 8.1. Принципиальная схема электронного стабилизатора напряжения, изображена только одна половина:
Тр — трансформатор фирмы Tricoll типа 175,2 х 24 В, 0,5 А, 24 В-А
Рис. 8.2. Монтажная схема коммутации измерительного прибора
которые предотвращаются диодами D1 и В 2. Дело в том, что если вход закорачивается, то конденсатор С2 разряжается через выход регулятора. Суммарное сопротивление 50 Ом ограничивает максимальный зарядный ток.
Хотя по данным фирмы-изготовителя при выходном напряжении, меньшем или равном 25 В, необязательно иметь дополнительную защиту, это не помешает.
Регулятор напряжения формирует опорное напряжение 1,25 В на резисторе R1, а возникающий при этом постоянный ток протекает через резистор R2. В этом случае выходное
Рис. 8.3. Печатная плата стабилизатора напряжения (а) и его монтажная схема (б)
напряжение
UA = 1,25
1 + -^-)+Л-2?2.RI I
Таким образом, о работе блока питания как будто бы все уже указано. Для получения необходимой мощности регулятор напряжения, конечно, следует устанавливать на соответствующем радиаторе.
Если отказаться от резистора R2, то придется смириться со следующим недостатком: при переключении цепей амперметра будет иметь место кратковременное отключение выходного устройства, т. е. резистор его просто зашунтирует. В этом случае возникает ошибка измерения, равная примерно 1 %.
При использовании двух амперметров от этого резистора, конечно, можно отказаться. Но поскольку в нашей конструкции это, к сожалению, невозможно, необходимо применять для переключения цепей амперметра относительно дорогой переключатель. Вольтметр, естественно, подключается параллельно выходу прибора. Монтажная схема и печатная плата устройства показаны на рис. 8.3. Следует обратить внимание на то, что от одного канала может отбираться мощность 12 В- А, а полностью весь блок питания обеспечивает выходную мощность 24 В • А.
Рнс. 8.3.
Рис. 8.4. Система питания на солнечных элементах мощностью 80 Вт:
1 — солнечные панели (2 X 40 Вт); 2 — блок регуляторов, состоящий из 6 модулей (главный регулятор и 5 вспомогательных регуляторов для свинцового и никель-кадмиевых аккумуляторов); 3 — основной распределитель; 4 — аккумуляторы (2 X 105 А-ч); 5 — контрольное устройство (амперметр, вольтметр, счетчик электрической энергии); 6 — преобразователь напряжения и зарядное устройство
Источник питания на солнечных элементах
Источник питания на солнечных элементах с использованием двух мощных солнечных панелей предназначается для обеспечения питания, например, радиолюбительской станции (в КВ-, УКВ-диапазонах), измерительных приборов, паяльников, радиоприемников, а также телевизоров и электрорадиаторов небольших размеров. Основная задача этого параграфа состоит в том, чтобы показать, какими средствами в настоящее время можно изготовить в бытовых условиях небольшую систему электропитания, экологически чистую для окружающей среды.
Солнечная энергия используется для различных целей уже более двух лет. Первоначально предполагалось применять солнечные элементы только в качестве аварийного источника электропитания на радиолюбительской станции. Тогда все основное оборудование состояло из панели с полезной мощностью 33 Вт, аккумулятора иа 100 А ■ ч и регулятора, включенного между ними, для ограничения максимального напряжения. Но по мере накопления положительного опыта эксплуатации установка постоянно совершенствовалась.
На рис. 8.4 представлена структурная схема системы питания на солнечных элементах.
Солнечная панель. Она состоит из двух мощных солнечных панелей типа SX-120 фирмы Solarex, каждая из которых содержит 40 полукристаллических элементов, которые в идеальном случае могут обеспечивать под нагрузкой напряжение 173 В с током 23 А на панель.
В зимние месяцы панели целесообразно устанавливать на балконе под достаточно большим углом, равным примерно 60 *.
Число солнечных элементов на одну панель (35, 36, 38 или 40) имеет важное значение, особенно тогда, когда используют никель-кадмиевые аккумуляторы на 12 В, идеальное конечное напряжение которых при наличии 10 аккумуляторов составляет 10 х 13 В - 15 В. Дополнительное напряжение 2 В следует учитывать для регулирования с использованием схемы Дарлингтона, защитного диода и падения напряжения на контактах, так что при правильно выбранной нагрузке напряжение на солнечной панели должно достигать 173 В. Если снимаемое рабочее напряжение с одного элемента составляет 0,45 В, то это требование надежно выполняется при наличии 40 элементов на панель (рис. 83). Для установок без регулятора напряжения требуется меньшее количество солнечных элементов.
Блок регуляторов. Он необходим только в том случае, если мощность, отбираемая от солнечной панели, превышает примерно на 1—2% емкость аккумуляторов. При ограничении разрядного тока регулирование происходит до зависящего от температуры допустимого максимального напряжения, например до 14,4 В.
Поступающий от панели солнечных элементов ток прежде всего протекает в блок регуляторов (рис. 8.6), содержащий 5 регуляторов напряжения. Из них первый регулятор с на
пряжением 14,4 В при токах 2 А/0,4 А — для основного аккумулятора (210 А • ч), а с помощью четырех следующих, одинаково построенных регулирующих модулей можно решить все проблемы зарядки аккумуляторных батарей и согласовать потребление электроэнергии.
Еще один регулятор, нагружаемый до 2 А, построен на базе интегральной схемы L20O и служит в основном для проведения экспериментов, а ие для обеспечения заряда источника питания. Поэтому этот регулятор подключен в темное время суток также к основному аккумулятору.
Принципиально одинаковые регулирующие модули с 1 и по 5 базируются на концепции, которую легко реализовать и которая до сих пор себя оправдала для всех проблем заряда от аккумуляторов 9 В/100 мА • ч до аккумулятора с емкостью 100 А • ч (рис. 8.7).
Рис. 83. Вольт-амперная характеристика панели, образованной из 40 полукристаллических солнечных элементов при различных температурах (у панели на 40 Вт значения тока лежат выше примерно на 10%)
Рис. 8.6. Блок регуляторов для основной и вспомогательной аккумуляторных батарей и экспериментальный регулирующий модуль
Рис. 8.7. Схема стандартного модуля регулятора
При этом речь идет об источнике постоянного тока с контролем напряжения. Устанавливаемое с помощью полевого транзистора Т1 и стабилитрона ZD с напряжением стабилизации 63 В опорное напряжение является очень стабильным в интервале от 5 до 20 В при постоянном токе от 1 до 2 мА. В качестве микросхемы для каскада сравнения используется недорогая, но надежно работающая микросхема типа МС 2458. Ее второй свободный операционный усилитель целесообразно использовать для другого, отдельного зарядного регулятора.
Монтаж схемы, например, на плате с отверстиями в виде растра не представляет никаких проблем. Схема может быть выполнена регулируемой с применением отдельно смонтированного на радиаторе транзистора ТЗ (Последовательный регулятор).
Поскольку при схеме Дарлингтона потрдями напряжения можно пренебречь, ее можно рекомендовать для практического применения; например, с помощью нескольких миллиампер "управлять” токами 2 или 3 А. В этом случае сопротивление резистора R3 достигает 2,7 кОм.
При использовании транзистора типа BD 234 с коэффициентом передачи по току В = 100 для тока 2 А ток базы достигает 20 мА, что приводит к достаточно большим потерям и тем самым к его нежелательному нагреву. Резистор R7 из-за точной настройки должен быть выполнен в виде подстроечного проволочного спирального сопротивления. В качестве диода D1 на выходе схемы, если необходимо учитывать падение напряжения на диоде, можно использовать диод Шотки.
Установка рабочей точки такого модуля происходит очень просто: задают остаточное напряжение на диоде в прямом направлении Up = 03 В, а верхний предел напряжения на аккумуляторе UL mQX = 14,4 В в этом случае соответствует напряжению холостого хода модуля (примерно 14,7 В). На рис. 83 показана характеристика зарядного тока стандартного модуля регулятора. Более точный метод можно реализовать с помощью стабилизатора
Рис. 8.8. Характеристика зарядного тока стандартного модуля регулятора
Рис. 8Л. Емкость аккумулятора в зависимости от температуры окружающей среды и нагрузки
тока (построенного, например, на микросхеме LM 317), ток которого устанавливают до значения, обеспечивающего заряд аккумулятора (например, 200 мА). При этом настраивают модуль на 14,4 В.
Основной распределитель. Этот блок с защитными элементами на 20 и 6 А, а также с цифровыми вольтметром и амперметром служит для подключения и контроля нагрузки всех потребителей, например радиостанции и измерительных приборов. Разрешение цифровых измерительных приборов для вольтметра составляет 10 мВ, а для амперметра 10 мА.
Аккумуляторы 2 х 105 А • ч и контроль входа/выхода до 200 А. Для накопления энергии применяются специальные (и по сравнению с другим оборудованием все же недорогие) свинцовме аккумуляторы типа Delco 2000 с очень незначительным саморазрядом. Кроме того, имеются данные о влиянии температуры на заряд аккумулятора (максимальное значение напряжения) и его емкость, согласно которым удается оптимизировать процесс заряда. Саморазряд аккумулятора составляет при комнатной температуре около 2% в месяц. Для ожидаемого срока службы прибора играет роль ’Глубина” циклов его разряда. Так, по данным фирмы-изготовителя при постоянном 10%-ном разряде возможны примерно 2000 циклов, т. е. работа прибора в течение пяти-шести лет. При ежедневном 5 %-ном разряде возможны уже 4000 циклов, следовательно, в этом случае срок эксплуатации достигает примерно 10 лет (при разряде только 3 % — свыше 20 лет). На рис. 8Л приведены зависимости емкости аккумулятора от нагрузки и температуры.
Контроллер является весьма полезным устройством, поскольку он постоянно дает точное значение имеющихся резервов по мощности и току, которые нельзя получить лишь
из напряжения аккумулятора. Таким образом, с помощью испытания при максимальной нагрузке можно время от времени на основе вычисленного внутреннего сопротивления сделать вывод о стадии старения аккумулятора. Впрочем, контроллер используется также и как универсальный измерительный прибор.
Зарядное устройство для никель-кадмиееых аккумуляторных батарей
Предлагаемое в данной главе устройство предназначено для установки в авиамодели. Срок службы такой модели определяется в основном аккумулятором, состояние которого в свою очередь зависит от способа управления электродвигателями модели, метеорологических условий, а также режима работы зарядного устройства (заряд — подзаряд).
Для применения в авиамодели рекомендуется разряжать аккумулятор относительно большим током вплоть до допустимого уровня, а затем сразу же подзаряжать импульсным током. Такой режим может осуществлять электронная схема, в функции которой входят управление, контроль и полное восстановление емкости аккумуляторов. При этом плотность заполнения заряжающими импульсами достигает 60 % (или по времени приблизительно 12 мс), 40 % (по времени 8 мс) приходится на бестоковую паузу. Таким образом, аккумулятор следует заряжать до номинальной емкости дольше — 233 ч вместо обычных 14ч.
На принципиальной электрической схеме (рис. 8.10) зарядное устройство подключается ко вторичной обмотке сетевого трансформатора, который вместе с выпрямителем GL, интегральной микросхемой IC1 и конденсаторами С1 и С2 можно расположить в корпусе сетевого штепселя. На схему устройства подается постоянное напряжение 15 В, а через резистор R1 на счетчик IC4 поступают импульсы с частотой 50 Гц в качестве эталона времени.
Рассмотрим работу схемы при заряде подключенного к ней аккумулятора. Прежде всего проверяется полярность присоединения V2 на 107, сбрасываются показания счетчика IC4, устанавливается в исходное состояние триггер (элементы G2 и G3). При этом зажигаются зеленый и желтый светодиоды (D1 через транзистор Т4). Затем срабатывает реле К2, включенное в цепь коллектора транзистора Тб. Теперь через конденсатор СЗ, контакт К2в и транзистор Т2 кратковременно срабатывает реле К1 и одновременно из-за резистора R4 и транзистора ТЗ понижается напряжение сравнения на VI IC7. Схема триггера на элементах G2 и G3 снова запускается, и через транзистор Т2 кратковременно срабатывает реле К1.
Теперь светится только красный светодиод D3, а через резистор R7 (3,9 Ом/Ю Вт) однократно разряжается аккумулятор. Напряжение аккумулятора снижается до своего допустимого значения; обычно это 1 В на один элемент, такое значение устанавливается посредством регулировочного сопротивления Тт, равного 1 кОм. Компаратор VI опрокидывается, и реле К1 возвращается в исходное положение. Светится желтый светодиод, сигнализирующий о заряде аккумулятора.
Процесс этот идет быстро под воздействием сформированных импульсов тока 120 мА. Плотность заполнения заряжающими импульсами (60 %) обеспечивается интегральной схемой IC5 типа NE555. К этой интегральной схеме относятся резистор R13, конденсатор С5 и напряжения управления на выводе 5. Выходные импульсы этой схемы инвертируются (N6) и через транзистор Т5 включают и выключают сигнализатор тока, выполненный на интегральной схеме IC6.
Кратко остановимся на работе счетчика. Как мы уже знаем, на резистор R1 поступают импульсы с частотой 50 Гц. Они формируются в схемах N1 и N2 и поступают при выключенном реле К1 через логический элемент G1 на счетчик IC4, который начинает “терпеливо" считать. Как уже упоминалось, аккумулятор нужно заряжать в течение 233 ч. Поскольку на вывод 9 подается 180 000 импульсов каждый час, показателем счетчика должно быть 2 . Проверим это; 2аз - 8 388 608. Это число следует разделить на 2, так как период счета состоит из двух полуволн — ’Низких" Н-уровней и 'высоких" В-уровней. Итак, 4 164 304:180 000 - -233 ч.
По истечении 233 ч на выходе счетчика (вывод 5) появляется "высокий” уровень. Интегральная схема IC4 опрокидывает схему триггера G2, ОЗ и сбрасывается сама собой с задержкой через элементы N3 и N4. Через элемент N5 теперь на 105 (вывод 5) подается положительное напряжение, что уменьшает плотность заполнения импульсами до 10 % в режиме ’ включено” (2 мс) и 90 % в режиме ’выключено” (18 мс). Это соответствует благоприятному режиму подзаряда, о котором говорят зеленый и желтый светодиоды, зажженные до полного отключения аккумулятора.
Зарядное устройство работает надежно. Каждое прерывание тока приводит прежде всего к режиму разряда аккумулятора. При достижении напряжением аккумулятора допустимой границы включается режим его заряда. Подстроечным резистором Тг по вольтметру устанавливается это граничное значение (1 В).
CZ *158
0,1hk
GL890
C1000
Tf5IC2~ 9099
158 5
Аккум.
К2а
158
3,98
К1Ь
158
158
г
10
19
D10ik
T9
СЗ
R17
1н
IC9 9521
ICS LM117
R18 3,98
R13\
108 I
C6
1h
D13
, ' + 158 IБ1 зел.
S1fiV+58»/6IC2 Rib(,0^3
1 18 г-х "■^A^
1/2IC7^ LM393
R9
rj'~^LM393 T
V1/ ЗЭ/108Т \/a^*158 1/2IC7
g| E
ici m
7815\ E
-Ы— R19 108
RI1008
И Жив
Кб 970
R5 \
R8 108
D7
R19
3.98
1/9IC3\ 8 9001
Э
1mk
K2b *158'
К2
*158
D12
12
1/SIC2 Ж 9099 ЬМд
158 ■
D11
7
R1S 18
IC1 1815 (2815)
R12 108
ICS NE 555
R10 18
*158
R11
108
i C5 T /Дик _L 258
-^ПЗ крас.
Рис. 8Д0. Принципиальная схема зарядного устройства
ЗЕ
Т
A E
ICSLM117(317)
MRA
MRA
Реле K1/K2co стороныпайки
a)
OB
R71
R7
R16 Zk
RS ззо»
Пер.
'5?
Пер
03
R17 1k
D11
Y
v
R8
10
OP v Аккум.
R3 ЮОкер.^ 1 ,00к
3,9 10Вт 013
106 LM117 (317)
R12 10K
„ M R A K1 M R A
05 10 MK
u зел. D^Z ижел.
X)O3 ~ крас.
•тр
fl
Рис. 8.11. Печатная плата зарядного устройства (а) и его монтажная схема (б)
В случае необходимости установления других токов заряда их значения определяются по соотношению /^ = 1^ B/R8. При R8 = 10 Ом получаем = 120 мА. Можно, конечно, менять длительность заряда, но мы это рассматривать не будем.
Печатная плата и схема размещения элементов зарядного устройства приведены на рис. 8.11. Разрядное сопротивление R7 можно составить из параллельного соединения двух 92
резисторов с удвоенным значением сопротивления на расстоянии в несколько миллиметров друг от друга и от монтажной платы. Это заметно улучшит условия охлаждения такого сопротивления. При помещении устройства в корпус в нем необходимо предусмотреть вентиляционные отверстия.
Стабилизированный преобразователь
для работы с солнечными элементами
В оригинальной конструкции модуль АА 3351 (—7,5 В ± 5 %) генерирует ток от 35 до 55 мА, причем его входное напряжение может изменяться от 6 до 9,5 В. Типичное значение КПД составляет при этом примерно 76 %. Путем замены стабилитрона Z1 может Варьироваться выходное напряжение преобразователя. Для аккумуляторов с напряжением 9 В используется стабилитрон с напряжением стабилизации 10 В.
Принципиальная электрическая схема устройства приведена на рис. 8.12. Преобразователь напряжения работает на частотах от 80 до 100 кГц. Если схема создает помехи для приемников, то преобразователь должен быть заэкранирован, а вход и выход схемы следует зашунтировать танталовыми электролитическими конденсаторами. Устойчивые помехи можно уменьшить путем небольшого изменения емкости конденсатора С1.
Сама схема не требует более подробного обсуждения. Она работает, как уже упоминалось, в качестве стабилизирующего преобразователя напряжения. Небольшой дроссель на выходе схемы не обеспечивает достаточной фильтрации высокой частоты. В качестве нагрузки схемы рекомендуется использовать электролитический конденсатор емкостью 22 мкФ.
Если в схеме преобразователя не используется модуль АА3351, то обе катушки следует намотать самостоятельно. Это не вызывает никаких трудностей. ’Большая” катушка выполняется с ферритовым сердечником диаметром 9x4 мм, на который намотана первая обмотка, содержащая 45 витков. Вторая обмотка состоит из 15 витков. Для изготовления катушек используется провод с эмалевой изоляцией диаметром 0,23 или 0,16 мм.
Для обеспечения генерирования колебаний необходимо обращать внимание на правильное подсоединение выводов (начало или конец) обмоток согласно принципиальной схеме.
Для определения необходимого числа солнечных элементов следует исходить из того обстоятельства, что один солнечный элемент обеспечивает от 0,45 до 0^0 В.
Рис. 8Д2. Принципиальная схема устройства для преобразования и стабилизации измеряющегося в широких пределах выходного напряжения солнечных элементов
Приложение..Отечестеенные аналоги зарубежных изделий электронной техники
Зарубежный прибор
Класс прибора
Отечественный аналог
ВС107
Биполярный транзистор
КТ342А
ВС141-16
Тоже
КТ630Г
ВС237В
>1 33
КТ3102Б
ВС238
33 33
КТ3102В
ВС238В
>3 >1
КТ3102В
ВС308
33 »
КТ3107Г
ВС327
33 >3
КТ685А,КТ313
ВС337С
31 »
КТ660А, КТ928
ВС338С
33 33
КТ660Б
ВС546В
31 33
КТ3102Б
ВС547
33 33
КТ3103А
ВС556
33 33
КТ3107Б
BD234
33 я
КТ816Б
BD522
Полевой транзистор
КП932А
BD676
Биполярный транзистор
КТ852Г
BD677
Тоже
КТ829В
BD678
33 38
КТ852В
BDW94
33 33
КТ818В
BF244A
Полевой транзистор
КП307Ж
BF245
Тоже
КПЗОЗЕ
СА3089
ИМС УПЧ с частотным модулятором
К174ХАБ
СА3130
ИМС операционного усилителя
К1409УД1
CD4001
ИМС КМОП-типа
К561ЛЕ5
CD4001B
Тоже
К561ЛЕ5
CD4011
33 33
К561ЛА7
CD4011B
33 33
К561ЛА7
CD4046
33 33
КР1561ГГ1
CD4046BE
33 33
КР1561ГГ1
CD4049
33 33
К561ЛН2
CD4060
ИМС 14-разрядного двоичного счетчика и генератора
—
CD4093
ИМС 4 триггера Шмитта с логикой 2И—НЕ на входе
К561ТЛ1
CD40106
ИМС 6 триггеров Шмитта
^
CD4518
ИМС два 4-разрядных двоично-десятичных счетчика
—
CD4518B
Тоже
—
CD4529
Сдвоенный 4-канальный аналоговый селектор данных
—
CD4538
ИМС: сдвоенный моностабильный мультивибратор
—
FAN3132
*■
FLB3513
—
—
FTU3110
—
—
LCM7217A
4-разрядный счетчик со схемой управления дисплеем
—
LCD5654
—
-•
LD57C
Светодиод
АЛ336В
LF356
ИМС операционного усилителя
К140УД22
LM117
ИМС стабилизатора напряжения
К0142ЕН12В
LM324
ИМС счетверенного операционного усилителя
К1401УД2
LM380
ИМС усилителя мощности
К174УН7
Продолжение приложения
Зарубежный прибор
Класс прибора
Отечественный аналог
LM386
Тоже
К174УНЧА
LM393
ИМС сдвоенного компаратора напряжения
К1401САЗ
LM741
ИМС операционного усилителя
К140УД7
MC78L05
ИМС стабилизатора напряжения
КР1157ЕН5А
MC78L08
Тоже
КР1157ЕН9А
MC78L12
КР1157ЕН12А
МС1558
ИМС сдвоенного ОУ
К140УД20
МС34017
—
—
NE555
ИМС таймера
КР1006ВИ1
ОР27
ИМС операционного усилителя
140УД25
STK086-G
Гибридная схема усилителя мощности на 70 Вт
—
ТАА2765А
ИМС сдвоенного ОУ
К140УД20
ТСА335А
ИМС операционного усилителя
К140УД8,
К544УД2А
ТСА965
ИМС дискриминатора
—
TDA1074A
ИМС сдвоенного электронного потенциометра
—
TIC106
Тиристор
КУ223И
TL071
ИМС операционного усилителя (ОУ)
К140УД22
TL074
ИМС счетверенного ОУ
К1401УД4
U125P
—
—
ZN409
-*
ZP1400XP.
XR2206
ИМС генератора функций
174ГФ2
1N4001
Диод
КД226А
1N4148
КД521А,
КД106А
1N4150
КД522Б,
КД106А
1N5401
КД227А
1N5624
КД257А
2N3055
Биполярный транзистор
КТ819ГМ
Примечание. Интегральные микросхемы, а также электронные полупроводниковые приборы зарубежного производства можно приобрести в специализированных магазинах ’Электроника” и 'Радиотехника”.
Содержание
Предисловие з
Глава 1. Радиотехника 4
1Д. Детекторный приемник средневолнового диапазона с двухкаскадным усилителем звуковой частоты 4
1.2. Миниатюрный приемник для УКВ диапазона 7
Глава 2. Звукотехника 8
2Д. Акустическая система для юниоров 8
2.2. Двухканальный 70-ваттный усилитель звуковой частоты 15
Частотный корректор для согласованного со слухом воспроизведения музыки. 23
. Частотный корректор с предварительным усилителем и активным фильтром
; 1 верхних частот 27
Глава 3. Схемы ’Домашней”электроники . . . 30
1. Телефонный звонок-трель зо
Индикатор наличия воды и универсальный тональный генератор с применением интегральных схем на комплементарных МОП-транзисторах 31
Электронный камертон 34
Глава 4. Электронные устройства для радиоуправляемых моделей 37
1. Имитатор шума дизеля для модели катера 37
Электронный тахометр с пределом измерения 100 000 об/мин 3g
Регулятор скорости 42
Автоматическое устройство торможения для модели железной дороги. . . . .44
Коммутирующий элемент в устройствах дистанционного управления . .... 4g
Глава 5. Электронные устройства для фото- и кинотехники 50
1. Акустический включатель вспышки .50
Универсальный таймер для кино- и фотолюбителей 53
Глава & Электроника в автомобиле 5g
1. Автоматическое устройство для работы стеклоочистителя 55
Контроль за температурой охлаждающей жидкости 5g
Сигнализатор гололеда . .. .go
. Светодиодный указатель напряжения автомобильного аккумулятора . .. .g2
Глава 7. Измерительная техника g3
Генератор сигнала низкой частоты с фазовой автоматической подстройкой. ,gg
Генератор сигнала качающейся частоты с измерителем уровня звука gg
Измерительный мост на транзисторах с питанием от батарей 74
Измеритель ионизирующих излучений с цифровой индикацией 7g
Глава 8. Источники питания 82
Сдвоенный электронный стабилизатор напряжения 82
Источник питания на солнечных элементах 86
Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторных батарей. . . . . до
Стабилизированный преобразователь для работы с солнечными элементами. gg
Приложение . . . д4
Издание для досуга
Крибель Хеннинг
СХЕМЫ ЛЮБИТЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Заведующий редакцией А. Б. Желдыбин
Редактор издательства А. А. Устинов
Художественные редакторы Т. А. Дворецкова, Т. Н. Хромова
Технический редактор Е. В. Козлова
Корректор С. В. Малышева
ИВ № 3721
Набор выполнен в издательстве. Подписано в печать с оригинала-макета 11.02.92. Формат 60 х 84 1/16. Бумага типограф. № 2. Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,58. Усл.кр.-отт. 5,81. Уч.-изд.л. 8,24. Тираж 180 000 экз. Заказ 345.
Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Отпечатано в АПП ЦИТП125878, ГСП, Москва, А-445, ул. Смольная, 22
Тридцать опробованных на практике схем предлагает настоящая книга любителям электроники. Смастерить эти самоделки можно для дома, автомобиля, самодвижущихся игрушек и моделей. Есть здесь и устройства, заинтересующие любителей звуке-, фото- и кинотехники. Каждому начинающему конструктору будет полезно ознакомиться с приведенными в книге схемами измерительных приборов, детектора ионизирующего излучения, источника питания на солнечных элементах.
Собрать устройства можно как на имеющихся в продаже зарубежных электронных элементах, так и на их отечественных аналогах.
30
ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
1
Х.КРИБЕЛЬ • СХЕМЫ
ЛЮБИТЕЛЬСКИХ
ЭЛЕКТРОН
УСТРО
^™- СХЕМЫ ЛЮБИТЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
ХКРИБЕПЬ’ СХЕМЫ ЛЮБИТЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ
УСТРОЙСТВ
Перевод с немецкого В.Н, Белоусова
Под редакцией канд. техн, наук А.К, Нарышкина
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1992
ББК 32.85 К 82
УДК 621.38:379.826
Kriebel Н. ELEKTRONIK - SCHALTUNGEN, DIE GEUNGEN. MUnchen, 1988.
Крибель X.
К 82 Схемы любительских электронных устройств: Пер.
с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 96 с. ил.
ISBN 5-283-02516-0
Подробно описаны схемы 30 электронных устройств: бытовой и автомобильной электроники, радио- и звукотехники, самодвижущихся игрушек и моделей, фото- и кинотехники, измерительных приборов (в том числе детектора ионизирующих излучений), источников электропитания (в том числе на солнечных элементах). Схемы выполнены на стандартных элементах и опробованы на практике. Приведена таблица используемых в схемах полупроводниковых приборов и их отечественных аналогов.
Для начинающих радиолюбителей, конструкторов электронной техники, а также лиц, занимающихся самодеятельным техническим творчеством.
.. 23020300004)64ББК 32.85
К051 (01)—92196-91
© Franzic - Verlag GmbH, ISBN 5-283-02516-0 (рус.)Munchen, 1988
© Перевод на русский язык.
ISBN 3-7723-8711-Х (нем.)Энергоатомиздат, 1992